Transformatoriem ir nozīmīga loma elektrotehnikā, veicot transformācijas, izolācijas, mērīšanas un aizsardzības funkcijas. Viens no visbiežāk sastopamajiem šāda veida ierīču uzdevumiem ir atsevišķu strāvas parametru regulēšana. Jo īpaši sprieguma transformatori (VT) pārvērš primārā elektrotīkla veiktspēju optimālās vērtībās no patērētāju viedokļa.
Kopējais aprīkojuma dizains
Transformatora tehnisko bāzi veido elektromagnētiskais pildījums, kas nodrošina iekārtas funkcionālos procesus. Iekārtas izmēri var atšķirties atkarībā no jaudas slodzes prasībām ķēdē. Tipiskā konstrukcijā transformatoram ir strāvas ievades un izvades ierīces, un galvenie darba elementi veic sprieguma pārveidošanas uzdevumus. Par tehnoloģisko procesu uzticamības un drošības nodrošināšanu ir atbildīgs izolatoru komplekts, drošinātāji un releja aizsardzības ierīce. Mūsdienīga zemsprieguma transformatora projektēšanātiek nodrošināti arī sensori atsevišķu darbības parametru reģistrēšanai, kuru indikatori tiek nosūtīti uz vadības paneli un kļūst par pamatu komandām regulējošajām iestādēm. Elektrisko komponentu darbībai pati par sevi ir nepieciešama strāvas padeve, tāpēc dažās modifikācijās pārveidotāji tiek papildināti ar autonomiem barošanas avotiem - ģeneratoriem, akumulatoriem vai baterijām.
Transformatoru serdeņi
Galvenie VT darba elementi ir tā sauktie serdeņi (magnētiskie serdeņi) un tinumi. Pirmie ir divu veidu - stienis un bruņas. Lielākajai daļai zemfrekvences transformatoru līdz 50 Hz tiek izmantoti stieņu serdeņi. Magnētiskās ķēdes ražošanā tiek izmantoti speciāli metāli, kuru raksturlielumi nosaka konstrukcijas darba īpašības, piemēram, tukšgaitas strāvas veiktspēju un lielumu. Sprieguma transformatora serdi veido plānas sakausējuma loksnes, kas izolētas starp lakas un oksīda slāņiem. Magnētiskās ķēdes virpuļstrāvu ietekmes pakāpe būs atkarīga no šīs izolācijas kvalitātes. Ir arī īpašs salikšanas serdeņu veids, kas veido patvaļīgas sekcijas struktūras, bet tuvu kvadrātveida formai. Šī konfigurācija ļauj izveidot universālas magnētiskās shēmas, taču tām ir arī trūkumi. Tātad ir nepieciešama metāla plastmasas cieši pievilkšana, jo mazākās spraugas samazina spoles darba zonas piepildījuma koeficientu.
Sprieguma transformatora tinumi
Parasti tiek izmantoti divi tinumi – primārais un sekundārais. Tie ir izolēti gan viens no otra, gan no kodola. Pirmais tinuma līmenis izceļas ar lielu skaitu pagriezienu, kas izgatavoti ar plānu stiepli. Tas ļauj apkalpot augstsprieguma tīklus (līdz 6000-10 000 V), kas nepieciešami pārveidošanas pamatvajadzībām. Sekundārais tinums ir paredzēts mērinstrumentu, releju ierīču un citu elektrisko palīgiekārtu paralēlai barošanai. Savienojot sprieguma transformatoru tinumus, ir svarīgi ņemt vērā marķējumus uz izejas spailēm. Piemēram, jaudas virziena releji, multimetri, ampērmetri, vatmetri un dažādi skaitītāji ir savienoti ar spolēm caur primārā tinuma sākumu (apzīmējums A), gala līniju (X), sekundārā tinuma sākumu (a) un tā beigas (x). Var izmantot arī papildu tinumu ar īpašiem prefiksiem apzīmējumā.
Montāžas piederumi un zemējuma aprīkojums
Papildu elementu un funkcionālo ierīču saraksts var atšķirties atkarībā no transformatora veida un īpašībām. Piemēram, eļļas konstrukcijas ar primārā sprieguma indikatoru līdz 10 kV vai vairāk tiek nodrošinātas ar veidgabaliem tehnisko smērvielu iepildīšanai, novadīšanai un paraugu ņemšanai. Eļļai tvertne ir aprīkota arī ar sprauslām un regulatoriem, kas kontrolē vienmērīgu šķidruma piegādi mērķa zonām. Tipiskos armatūras komplektos visbiežāk ietilpst kronšteini ar skrūvēm, tapas, releju sastāvdaļas, elektriskās kartona blīves, atloku elementi utt. Kas attiecas uz zemējumu, tadtransformatori ar spriegumu uz primārā tinuma līdz 660 V ir aprīkoti ar skavām ar vītņotu M6 izmēra skrūvju, tapu un skrūvju stiprinājumu. Ja sprieguma indikators ir lielāks par 660 V, tad zemējuma armatūrai jābūt ar aparatūras savienojumiem formātā, kas nav mazāks par M8.
TH darbības princips
Galvenās elektromagnētiskās indukcijas funkcijas un procesus veic komplekss, kas ietver metāla serdi ar transformatora plākšņu komplektu, primāro un sekundāro tinumu. Ierīces kvalitāte būs atkarīga no amplitūdas pamata aprēķina precizitātes un strāvas leņķa. Savstarpēja indukcija starp vairākiem tinumiem ir atbildīga par transformāciju elektromagnētiskajā laukā. Maiņstrāva 220 V sprieguma transformatorā pastāvīgi mainās, iet caur vienu tinumu. Saskaņā ar Faradeja likumu elektromotora spēks tiek inducēts reizi sekundē. Slēgtā tinumu sistēmā noklusējuma strāva plūst caur ķēdi un tuvu metāla serdei. Jo mazāka ir slodze uz transformatora sekundāro tinumu, jo tuvāk faktiskais konversijas koeficients ir nominālvērtība. Darbs ar sekundārā tinuma pievienošanu mērierīcēm īpaši būs atkarīgs no pārveidošanas pakāpes, jo mazākās slodzes svārstības ietekmēs instrumenta ķēdē ievadīto mērījumu precizitāti.
Transformatoru veidi
Šodien visizplatītākie ir šādi TN veidi:
- Kaskādes transformators - ierīce, kurā primārais tinums ir sadalīts vairākās secīgās sekcijās, un izlīdzinošie un savienojošie tinumi ir atbildīgi par jaudas pārnešanu starp tām.
- Zemēts VT - vienfāzes konstrukcijas, kurās viens primārā tinuma gals ir cieši iezemēts. Tie var būt arī trīsfāzu sprieguma transformatori ar iezemētu neitrālu no primārā tinuma.
- Unearthed VT - iekārta ar pilnu tinumu izolāciju ar blakus esošajiem piederumiem.
- Divu tinumu VT - transformatori ar vienu sekundāro tinumu.
- Trīstinumu VT ir transformatori, kuriem papildus primārajam tinumam ir arī galvenais un papildu sekundārais tinums.
- Kapacitatīvā VT - konstrukcijas, ko raksturo kapacitatīvo separatoru klātbūtne.
Elektronisko VT funkcijas
Pēc galvenajiem metroloģiskajiem rādītājiem šāda veida transformatori maz atšķiras no elektroierīcēm. Tas ir saistīts ar faktu, ka abos gadījumos tiek izmantots tradicionālais konversijas kanāls. Elektronisko transformatoru galvenās iezīmes ir augstsprieguma izolācijas trūkums, kas galu galā veicina augstāku iekārtu darbības tehnisko un ekonomisko efektu. Augstsprieguma tīklos ar sprieguma transformatora primāro spriegumu līdz 660 V pārveidotājs tiek pieslēgts centrālajam tīklam galvaniskā veidā. Informācija par izmērīto strāvu tiek pārraidīta ar lielu potenciālu, kā tas ir gadījumā ar analogo-digitālo pārveidotāju ar optisko izeju. Tomērelektronisko modeļu izmēri un svars ir tik mazi, ka tie ļauj uzstādīt transformatoru blokus augstsprieguma vadu kopņu infrastruktūrā pat bez papildu izolatoru pievienošanas un montāžas aparatūras.
Transformatora specifikācijas
Galvenā tehniskā un ekspluatācijas vērtība ir sprieguma potenciāls. Primārajā tinumā tas var sasniegt 100 kV, bet lielākoties tas attiecas uz liela izmēra rūpnieciskajām stacijām, kurās ir vairāki pārveidojošie moduļi. Parasti primārajam tinumam tiek atbalstīts ne vairāk kā 10 kV. Sprieguma transformators vienfāzes tīkliem ar iezemētu neitrāli vispār strādā pie 100 V. Kas attiecas uz sekundāro tinumu, tad tā nominālā sprieguma rādītāji ir vidēji 24-45 V. Atkal šajās ķēdēs tiek apkalpotas zemas enerģijas mērīšanas ierīces, kurām nav nepieciešama liela jaudas slodze. Tomēr sekundārajiem tinumiem trīsfāzu tīklos dažreiz ir augsts potenciāls, kas pārsniedz 100 V. Tāpat, novērtējot transformatora raksturlielumus, ir svarīgi ņemt vērā precizitātes klasi - tās ir vērtības no 0, 1 līdz 3, kas nosaka novirzes pakāpi mērķa elektrisko indikatoru pārveidē.
Ferrorezonanses efekts
Elektromagnētiskās ierīces bieži tiek pakļautas dažāda veida negatīvām ietekmēm un bojājumiem, kas saistīti ar izolācijas pārkāpumiem. Viens no visizplatītākajiem tinumu iznīcināšanas procesiem ir ferorezonanses traucējumi. Tas izraisa mehāniskus bojājumus un pārkaršanu.tinumi. Galvenais šīs parādības iemesls tiek saukts par induktivitātes nelinearitāti, kas rodas situācijās, kad magnētiskā ķēde ir nestabila reakcija uz apkārtējo magnētisko lauku. Lai aizsargātu sprieguma transformatoru no ferorezonanses iedarbības, ir iespējami ārēji pasākumi, tostarp papildu kapacitātes un rezistoru iekļaušana komutētajā ierīcē. Elektroniskajās sistēmās induktīvās nelinearitātes iespējamību var samazināt arī, programmējot iekārtu izslēgšanas secības.
Aprīkojuma izmantošana
To transformatoru ierīču darbību, kuras pārveido spriegumu, regulē elektrotehnikas izmantošanas noteikumi. Ņemot vērā optimālās darbības vērtības, speciālisti ievieš apakšstacijas mērķa objekta piegādes infrastruktūrā. Sistēmu galvenās funkcijas ļauj apkalpot ēkas un uzņēmumus ar jaudīgām elektrostacijām, un transformatora sekundārais spriegums līdz 100 V kontrolē slodzi mazāk prasīgiem patērētājiem, piemēram, skaitītājiem un metroloģiskām ierīcēm. Atkarībā no tehniskajiem un konstrukcijas parametriem HP var izmantot rūpniecībā, būvniecības nozarē un mājsaimniecībās. Katrā gadījumā transformatori nodrošina elektriskās jaudas kontroli, pielāgojot ieejas jaudas nominālos rādītājus, lai tie atbilstu konkrētās vietas nominālajām prasībām.
Secinājums
Elektromagnētiskie transformatori nodrošina diezgan vecu, bet pieprasītu līdz pat mūsdienāmjaudas regulēšanas princips elektriskajās ķēdēs. Šīs iekārtas novecošana ir saistīta gan ar iekārtas dizainu, gan ar tās funkcionalitāti. Tomēr tas neliedz izmantot strāvas un sprieguma transformatorus kritiskiem enerģijas pārvaldības uzdevumiem lielos uzņēmumos. Turklāt nevar teikt, ka šāda veida pārveidotāji nemaz nav pakļauti uzlabojumiem. Lai gan darbības pamatprincipi un pat tehniskā realizācija kopumā paliek nemainīgi, inženieri pēdējā laikā aktīvi strādā pie aizsardzības un vadības sistēmām. Rezultātā tas ietekmē transformatoru drošību, uzticamību un precizitāti.
