اصل کار ترانسفورماتور چیست؟ ترانسفورماتورهای جریان - اصل کار و کاربرد

تبدیل کننده یک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن است که دارای دو یا چند سیم پیچ جفت شده القایی است و برای تبدیل یک یا چند سیستم جریان متناوب به یک یا چند سیستم جریان متناوب دیگر توسط القای الکترومغناطیسی طراحی شده است.

ترانسفورماتورها به طور گسترده برای اهداف زیر استفاده می شوند.

برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی. به طور معمول، در نیروگاه ها، ژنراتورهای جریان متناوب انرژی الکتریکی را با ولتاژ 6-24 کیلو ولت تولید می کنند.

برای تغذیه مدارهای مختلف تجهیزات رادیویی و تلویزیونی؛ دستگاه های ارتباطی، اتوماسیون در مکانیک از راه دور، لوازم الکتریکی؛ برای جداسازی مدارهای الکتریکی عناصر مختلف این دستگاه ها؛ برای تطبیق ولتاژ

گنجاندن ابزارهای اندازه گیری الکتریکی و برخی دستگاه ها مانند رله ها در مدارهای الکتریکی فشار قوی یا در مدارهایی که جریان های زیادی از آنها عبور می کند، به منظور گسترش محدودیت های اندازه گیری و اطمینان از ایمنی الکتریکی. ترانسفورماتورهایی که برای این منظور استفاده می شوند نامیده می شوند اندازه گیری آنها قدرت نسبتا کمی دارند که با توان مصرفی ابزارهای اندازه گیری الکتریکی، رله ها و غیره تعیین می شود.

اصل عملکرد ترانسفورماتور

مدار الکترومغناطیسی یک ترانسفورماتور دو سیم پیچ تک فاز از دو سیم پیچ (شکل 2.1) تشکیل شده است که بر روی یک مدار مغناطیسی بسته قرار گرفته اند که از مواد فرومغناطیسی ساخته شده است. استفاده از یک هسته مغناطیسی فرومغناطیسی باعث می شود که اتصال الکترومغناطیسی بین سیم پیچ ها تقویت شود، یعنی مقاومت مغناطیسی مداری که شار مغناطیسی دستگاه از آن عبور می کند، کاهش یابد. سیم پیچ اولیه 1 به منبع جریان متناوب متصل است - یک شبکه الکتریکی با ولتاژ u 1 . مقاومت بار Z H به سیم پیچ ثانویه 2 متصل است.

سیم پیچ ولتاژ بالاتر نامیده می شود سیم پیچ ولتاژ بالا (HV) و ولتاژ پایین - سیم پیچ ولتاژ پایین (NN). ابتدا و انتهای سیم پیچ HV با حروف مشخص می شود آ و ایکس؛ سیم پیچ LV - حروف آ و ایکس.

هنگام اتصال به شبکه، جریان متناوب در سیم پیچ اولیه ظاهر می شود من 1 , که یک شار مغناطیسی متغیر را ایجاد می کند که در امتداد مدار مغناطیسی بسته می شود. Flux F EMF متغیر را در هر دو سیم پیچ القا می کند - ه 1 و ه 2 , متناسب، طبق قانون ماکسول، با تعداد چرخش w 1 و w 2 سیم پیچ و نرخ تغییر شار مربوطه د F/ dt.

بنابراین، مقادیر EMF آنی القا شده در هر سیم پیچ،

ه 1 = - w 1 روز F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

در نتیجه، نسبت EMF آنی و موثر در سیم پیچ ها با بیان تعیین می شود

در نتیجه، انتخاب تعداد دور سیم پیچ بر اساس آن، در یک ولتاژ معین U 1 می توانید ولتاژ مورد نظر U را بدست آورید 2 . اگر نیاز به افزایش ولتاژ ثانویه باشد، تعداد چرخش های w 2 بیشتر از عدد w 1 گرفته می شود. چنین ترانسفورماتور نامیده می شود افزایش می یابد اگر نیاز به کاهش ولتاژ دارید U 2 , سپس تعداد دورهای w 2 کمتر از w 1 گرفته می شود. چنین ترانسفورماتور نامیده می شود رو به پایین،

نسبت EMF Eسیم پیچ HV با ولتاژ بالاتر به EMF Eسیم پیچ LV ولتاژ پایین (یا نسبت تعداد دور آنها) نامیده می شود نسبت تبدیل

ک= E VN / E NN = w VN / w HH

ضریب ک همیشه بزرگتر از یک

در سیستم های انتقال و توزیع انرژی در برخی موارد از ترانسفورماتورهای سه سیم پیچ و در دستگاه های الکترونیک رادیویی و اتوماسیون از ترانسفورماتورهای چند سیم پیچ استفاده می شود. در چنین ترانسفورماتورهایی، سه یا چند سیم پیچ جدا شده از یکدیگر بر روی هسته مغناطیسی قرار می گیرند که امکان دریافت دو یا چند ولتاژ مختلف را در هنگام تغذیه یکی از سیم پیچ ها فراهم می کند. (U 2 ، یو 3 ، یو 4 و غیره) برای تامین برق دو یا چند گروه مصرف کننده. در ترانسفورماتورهای قدرت سه سیم پیچ بین سیم پیچ های ولتاژ بالا، پایین و متوسط ​​(MV) تمایز قائل می شود.

فقط ولتاژها و جریان ها در ترانسفورماتور تبدیل می شوند. توان تقریباً ثابت می ماند (به دلیل تلفات انرژی داخلی در ترانسفورماتور تا حدودی کاهش می یابد). از این رو،

من 1 /من 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

هنگامی که ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور افزایش می یابد ک بار در مقایسه با اولیه، فعلی من 2 در سیم پیچ ثانویه بر این اساس کاهش می یابد ک یک بار.

ترانسفورماتور فقط می تواند در مدارهای جریان متناوب کار کند. اگر سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به منبع جریان مستقیم متصل شود، در سیم مغناطیسی آن شار مغناطیسی ایجاد می شود که در طول زمان از نظر اندازه و جهت ثابت است. بنابراین در سیم پیچ های اولیه و ثانویه در حالت پایدار، EMF القا نمی شود و بنابراین انرژی الکتریکی از مدار اولیه به مدار ثانویه منتقل نمی شود. این حالت برای ترانسفورماتور خطرناک است، زیرا به دلیل عدم وجود EMF E 1 جریان سیم پیچ اولیه من 1 =U 1 آر 1 بسیار بزرگ است.

یکی از ویژگی های مهم ترانسفورماتور مورد استفاده در اتوماسیون و دستگاه های الکترونیک رادیویی، توانایی آن در تبدیل مقاومت بار است. اگر مقاومتی را به منبع AC وصل کنید آراز طریق یک ترانسفورماتور با نسبت تبدیل به، سپس برای مدار منبع

R" = پ 1 /من 1 2 ≈ پ 2 /من 1 2 ≈ من 2 2 R/I 1 2 ≈ ک 2 آر

جایی که آر 1 - توان مصرفی ترانسفورماتور از منبع AC، W; آر 2 = I 2 2 آر≈ پ 1- توان مصرفی توسط مقاومت آراز ترانسفورماتور

بدین ترتیب، ترانسفورماتور مقدار مقاومت R را به k تغییر می دهد 2 یک بار. این ویژگی به طور گسترده در توسعه مدارهای الکتریکی مختلف برای تطبیق مقاومت بار با مقاومت داخلی منابع انرژی الکتریکی استفاده می شود.

تبدیل کنندهیک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن با دو (یا بیشتر) سیم پیچ است که اغلب برای تبدیل جریان متناوب یک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر طراحی شده است. تبدیل انرژی در ترانسفورماتور توسط یک میدان مغناطیسی متناوب انجام می شود. ترانسفورماتورها به طور گسترده ای در انتقال انرژی الکتریکی در فواصل طولانی، توزیع آن بین گیرنده ها و همچنین در دستگاه های مختلف تصحیح، تقویت، سیگنال دهی و سایر دستگاه ها استفاده می شود.

هنگام انتقال انرژی الکتریکی از نیروگاه به مصرف کنندگان، قدرت جریان در خط باعث اتلاف انرژی در این خط و مصرف فلزات غیرآهنی برای دستگاه آن می شود. اگر با همان توان ارسالی، ولتاژ افزایش یابد، قدرت جریان به همان میزان کاهش می یابد و بنابراین می توان از سیم هایی با سطح مقطع کمتر استفاده کرد. این امر باعث کاهش مصرف فلزات غیرآهنی در هنگام احداث خط انتقال برق و کاهش تلفات انرژی در آن می شود.

انرژی الکتریکی در نیروگاه ها توسط ژنراتورهای سنکرون با ولتاژ 11-20 کیلو ولت تولید می شود. در برخی موارد از ولتاژ 30-35 کیلوولت استفاده می شود. اگرچه چنین ولتاژهایی برای مصارف مستقیم صنعتی و خانگی بسیار بالا هستند، اما برای انتقال اقتصادی برق در فواصل طولانی کافی نیستند. افزایش بیشتر ولتاژ در خطوط برق (تا 750 کیلو ولت یا بیشتر) توسط ترانسفورماتورهای افزایش دهنده انجام می شود.

گیرنده های انرژی الکتریکی (لامپ های رشته ای، موتورهای الکتریکی و غیره) به دلایل ایمنی به ولتاژ کمتری (110-380 ولت) متکی هستند. علاوه بر این، ساخت دستگاه های الکتریکی، ابزار و ماشین آلات ولتاژ بالا با مشکلات طراحی قابل توجهی همراه است، زیرا قطعات حامل جریان این دستگاه ها در ولتاژ بالا نیاز به عایق تقویت شده دارند. بنابراین، ولتاژ بالایی که در آن انرژی انتقال می‌یابد نمی‌تواند مستقیماً برای تغذیه گیرنده‌ها استفاده شود و از طریق ترانسفورماتورهای کاهنده به آن‌ها عرضه می‌شود.

انرژی الکتریکی AC باید 3-4 بار در طول مسیر از نیروگاهی که در آن تولید می شود به مصرف کننده تبدیل شود. در شبکه های توزیع، ترانسفورماتورهای کاهنده به صورت غیر همزمان و نه با ظرفیت کامل بارگذاری می شوند. بنابراین، مجموع قدرت ترانسفورماتورهای مورد استفاده برای انتقال و توزیع برق 7-8 برابر بیشتر از توان ژنراتورهای نصب شده در نیروگاه ها است.

تبدیل انرژی در ترانسفورماتور توسط یک میدان مغناطیسی متناوب با استفاده از یک هسته مغناطیسی انجام می شود.

ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه معمولاً یکسان نیست. اگر ولتاژ اولیه کمتر از ثانویه باشد، ترانسفورماتور را یک پله‌آپ و اگر بیشتر از ثانویه باشد، آن را پایین آمدن می‌گویند. هر ترانسفورماتور را می توان هم به عنوان پله بالا و هم به عنوان پایین آمدن استفاده کرد. ترانسفورماتورهای پله‌آپ برای انتقال برق در فواصل طولانی و ترانسفورماتورهای کاهنده برای توزیع آن بین مصرف‌کنندگان استفاده می‌شوند.

بسته به هدف، ترانسفورماتورهای قدرت، ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ و ترانسفورماتورهای جریان وجود دارد

ترانسفورماتورهای قدرتتبدیل جریان متناوب یک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر برای تامین برق مصرف کنندگان. بسته به هدف، آنها می توانند افزایش یا کاهش داشته باشند. در شبکه های توزیع، به عنوان یک قاعده، از ترانسفورماتورهای کاهنده دو سیم پیچ سه فاز استفاده می شود که ولتاژهای 6 و 10 کیلو ولت را به ولتاژ 0.4 کیلو ولت تبدیل می کنند. (انواع اصلی ترانسفورماتورها عبارتند از TMG، TMZ، TMF، TMB، TME، TMGSO، TM، TMZH، TDTN، TRDN، TSZ، TSZN، TSZGL و غیره.)

ترانسفورماتورهای ولتاژ- این ترانسفورماتورهای میانی هستند که از طریق آنها وسایل اندازه گیری در ولتاژ بالا روشن می شوند. به همین دلیل ابزارهای اندازه گیری از شبکه جدا می شوند که استفاده از ابزارهای استاندارد (با درجه بندی مجدد مقیاس آنها) را ممکن می کند و در نتیجه محدودیت های ولتاژ اندازه گیری شده را گسترش می دهد.

ترانسفورماتورهای ولتاژ هم برای اندازه گیری ولتاژ، توان، انرژی و برای تغذیه مدارهای اتوماسیون، آلارم ها و حفاظت رله خطوط برق از خطاهای زمین استفاده می شوند.

در برخی موارد، ترانسفورماتورهای ولتاژ را می توان به عنوان ترانسفورماتورهای قدرت کاهنده کم توان یا به عنوان ترانسفورماتورهای آزمایشی افزایش دهنده (برای آزمایش عایق دستگاه های الکتریکی) استفاده کرد.

انواع زیر از ترانسفورماتورهای ولتاژ در بازار روسیه ارائه می شود:

3NOL.06، ZNOLP، ZNOLPM، ZNOL.01PMI، 3xZNOL.06، 3xZNOLP، 3xZNOLPM، NOL.08، NOL.11-6.O5، NOL.12 OM3، ZNOL.06-35 (ZNOLE-335)، ، NOL 35، NOL-35 III، NAMIT-10، ZNIOL، ZNIOL-10-1، ZNIOL-10-P، ZNIOL-20، ZNIOL-20-P، ZNIOL-35، ZNIOL-35-P، ZNIOL-35 -1، NIOL -20، NIOL-35، NOL-SESH -10، NOL-SESH -10-1، NOL-SESH-6، NOL-SESH-6-1، NOL-SESH-20، NOL-SESH-35 , 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH -10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, NAMI 6, NAMI 10, NAMI 35, NAMI 110, ZNAMIT-6, ZNAMIT-10NAM ، ZNOMP 35، NOM 6، NOM 10، NOM 35، NKF 110، NKF 150، NKF 220 و دیگران.

برای ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ، سیم پیچ اولیه 3000/√3، 6000/√3، 10000/√3، 13800/√3، 18000/√3، 24000/√3، 27000/√3، 27000/√3، 6000/√0/√0 است. /√3، 110000/√3، 150000/√3، 220000/√3، 330000/√3، 400000/√3، 500000/√3، و ثانویه 100/√3 یا 10/3.

ترانسفورماتور جریانیک وسیله کمکی است که در آن جریان ثانویه عملاً با جریان اولیه متناسب است و به گونه ای طراحی شده است که ابزارهای اندازه گیری و رله ها را در مدارهای الکتریکی جریان متناوب قرار دهد.

عرضه شده با کلاس دقت: 0.5; 0.5S; 0.2; 0.2S.

ترانسفورماتورهای جریان برای تبدیل جریان با هر مقدار و ولتاژ به جریان مناسب برای اندازه گیری با ابزارهای استاندارد (5 A)، برق رسانی سیم پیچ های جریان رله ها، دستگاه های قطع کننده و همچنین جداسازی دستگاه ها و پرسنل عملیاتی آنها از ولتاژ بالا استفاده می شوند.

مهم! ترانسفورماتورهای جریان با نسبت‌های تبدیل زیر موجود هستند: 5/5، 10/5، 15/5، 20/5، 30/5، 40/5، 50/5، 75/5، 100/5، 150/5، 200/5، 300/5، 400/5، 500/5، 600/5، 800/5، 1000/5، 1500/5، 2000/5، 2500/5، 3000/5، 5000/5، 8000/ 5، 10000/5.
ترانسفورماتورهای جریان در بازار روسیه با مدل های زیر نشان داده می شوند:

TOP-0.66، TShP-0.66، TOP-0.66-I، TShP-0.66-I، TShL-0.66، TNShL-0.66، TNSh-0.66، TOL-10، TLO-10، TOL-10-I، TOL-10- M، TOL-10-8، TOL-10-IM، TOL-10 III، TSHL-10، TLSH-10، TPL-10-M، TPOL-10، TPOL-10M، TPOL-10 III، TL-10، TL-10-M، TPLC-10، TOLK-6، TOLK-6-1، TOLK-10، TOLK-10-2، TOLK-10-1، TOL-20، TSL-20-I، TPL-20، TPL-35، TOL-35، TOL-35-III-IV، TOL-35 II-7.2، TLC-35، تلویزیون، TLC-10، TPL-10S، TLM-10، TSHLP-10، TPK-10، TVLM -10، TVK-10، TVLM-6، TLK-20، TLK-35-1، TLK-35-2، TLK-35-3، TOL-SESH 10، TOL-SESH-20، TOL-SESH-35، TSHL-SESH 0.66، ترانسفورماتورهای Ritz، TPL-SESH 10، TZLK(R)-SESH 0.66، TV-SESH-10، TV-SESH-20، TV-SESH-35، TSHL-SESH-10، TSHL-SESH-20 ، TZLV-SESH-10 و دیگران.

طبقه بندی ترانسفورماتورهای ولتاژ

ترانسفورماتورهای ولتاژ متفاوت هستند:

الف) با تعداد فازها - تک فاز و سه فاز.
ب) با توجه به تعداد سیم پیچ ها - دو سیم پیچ، سه سیم پیچ، چهار سیم پیچ.
مثال 0.5/0.5S/10P;
ج) با توجه به کلاس دقت، یعنی با توجه به مقادیر خطای مجاز؛
د) با روش خنک کننده - ترانسفورماتور با خنک کننده روغن (روغن)، با خنک کننده هوای طبیعی (خشک و با عایق ریختگی).
ه) بر اساس نوع نصب - برای نصب در داخل ساختمان، برای نصب در فضای باز و برای تابلو برق کامل.

برای ولتاژهای حداکثر 6-10 کیلو ولت، ترانسفورماتورهای ولتاژ به صورت خشک، یعنی با خنک کننده هوای طبیعی تولید می شوند. برای ولتاژهای بالای 6-10 کیلو ولت از ترانسفورماتورهای ولتاژ پر شده با روغن استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای داخلی برای عملکرد در دمای محیط از -40 تا + 45 درجه سانتیگراد با رطوبت نسبی تا 80٪ طراحی شده اند.

که در ترانسفورماتورهای تک فازولتاژ از 6 تا 10 کیلو ولت، عایق ریخته گری عمدتا استفاده می شود. ترانسفورماتورهای با عایق ریختگی به طور کامل یا جزئی (یک سیم پیچ) با جرم عایق (رزین اپوکسی) پر می شوند. چنین ترانسفورماتورهایی که برای نصب در داخل ساختمان در نظر گرفته شده اند، با ترانسفورماتورهای روغنی متفاوت هستند: وزن و ابعاد کلی کمتری دارند و تقریباً در حین کار نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند.

ترانسفورماتورهای سه فاز دو سیم پیچولتاژها دارای مدارهای مغناطیسی سه میله ای معمولی و زرهی های تک فاز سه سیم پیچ هستند.
ترانسفورماتور سه فاز سه سیم پیچمجموعه ای از سه واحد تک فاز تک قطبی است که سیم پیچ های آن ها بر اساس مدار مناسب به هم متصل می شوند. ترانسفورماتورهای ولتاژ سه سیم پیچ سه فاز سری قدیمی (قبل از 1968-1969) دارای هسته های مغناطیسی زره ​​پوش بودند. یک ترانسفورماتور سه فاز از نظر وزن و اندازه کوچکتر از یک گروه سه ترانسفورماتور تک فاز است. هنگام استفاده از ترانسفورماتور سه فاز برای پشتیبان گیری، باید ترانسفورماتور دیگری با توان کامل داشته باشید
در ترانسفورماتورهای روغنی، ماده اصلی عایق و خنک کننده روغن ترانسفورماتور است.

ترانسفورماتور روغنشامل یک مدار مغناطیسی، سیم پیچ، مخزن، یک پوشش با ورودی است. هسته مغناطیسی از ورق های فولادی الکتریکی نورد سرد، عایق بندی شده از یکدیگر (برای کاهش تلفات ناشی از جریان های گردابی) مونتاژ می شود. سیم پیچ ها از سیم مسی یا آلومینیومی ساخته شده اند. برای تنظیم ولتاژ، سیم پیچ HV دارای شاخه هایی است که به کلید متصل هستند. ترانسفورماتورها دو نوع سوئیچینگ شیر را ارائه می دهند: تحت بار - تعویض شیر در بار (تنظیم بار) و بدون بار، پس از قطع ترانسفورماتور از شبکه - سوئیچینگ خارج از بار (سوئیچینگ غیر تحریکی). روش دوم تنظیم ولتاژ رایج ترین است زیرا ساده ترین است.

علاوه بر ترانسفورماتورهای روغن خنک فوق الذکر (Transformer TM)، ترانسفورماتورها در طرح مهر و موم (TMG) تولید می شوند که در آن روغن با هوا ارتباط برقرار نمی کند و بنابراین اکسیداسیون و مرطوب شدن سریع آن حذف می شود. ترانسفورماتورهای روغنی در طرح آب بندی شده به طور کامل با روغن ترانسفورماتور پر شده و فاقد منبسط کننده هستند و تغییرات دما در حجم آن در هنگام گرمایش و سرمایش با تغییر حجم موج های دیواره مخزن جبران می شود. این ترانسفورماتورها تحت خلاء با روغن پر می شوند که باعث افزایش استحکام الکتریکی عایق آنها می شود.

ترانسفورماتور خشکمانند روغن، از یک هسته مغناطیسی، سیم پیچ های HV و LV تشکیل شده است که در یک پوشش محافظ محصور شده است. عامل اصلی عایق و خنک کننده هوای اتمسفر است. با این حال، هوا در مقایسه با روغن ترانسفورماتور، عایق و وسیله خنک کننده کمتری است. بنابراین در ترانسفورماتورهای خشک تمام شکاف های عایق و مجاری تهویه بزرگتر از ترانسفورماتورهای روغنی ساخته می شوند.

ترانسفورماتورهای خشک با سیم پیچی با عایق شیشه ای کلاس مقاومت حرارتی B (TSZ) و همچنین با عایق روی لاک های سیلیکونی کلاس N (TSZK) ساخته می شوند. برای کاهش رطوبت، سیم پیچ ها با لاک های مخصوص آغشته می شوند. استفاده از فایبرگلاس یا آزبست به عنوان عایق برای سیم پیچ ها می تواند دمای عملیاتی سیم پیچ ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و عملاً یک نصب نسوز به دست آورد. این خاصیت ترانسفورماتورهای خشک امکان استفاده از آنها را برای نصب در داخل اتاق های خشک در مواردی که اطمینان از ایمنی نصب در برابر آتش عامل تعیین کننده است، میسر می سازد. گاهی اوقات ترانسفورماتورهای خشک با ترانسفورماتورهای خشک گرانتر و سخت تر جایگزین می شوند.

ترانسفورماتورهای خشک ابعاد و وزن کلی کمی بزرگتر (ترانسفورماتور TSZ) و ظرفیت اضافه بار کمتری نسبت به ترانسفورماتورهای نفتی دارند و برای کار در فضاهای بسته با رطوبت نسبی حداکثر 80 درصد استفاده می شوند. از مزایای ترانسفورماتورهای خشک می توان به ایمنی آنها در برابر آتش (بدون روغن)، سادگی نسبی طراحی و هزینه های عملیاتی نسبتا پایین اشاره کرد.

طبقه بندی ترانسفورماتورهای جریان

ترانسفورماتورهای جریان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی می شوند:

1. با توجه به هدف آنها، ترانسفورماتورهای جریان را می توان به اندازه گیری (TOL-SESH-10، TLM-10)، محافظ، متوسط ​​(برای گنجاندن ابزارهای اندازه گیری در مدارهای جریان حفاظت رله، برای یکسان سازی جریان ها در مدارهای حفاظت دیفرانسیل تقسیم کرد. و غیره) و آزمایشگاهی (دقت بالا، و همچنین با نسبت های تبدیل بسیاری).

2. با توجه به نوع نصب، ترانسفورماتورهای جریان متمایز می شوند:
الف) برای نصب در فضای باز، نصب شده در تابلوهای باز (TLK-35-2.1 UHL1)؛
ب) برای نصب در داخل ساختمان؛
ج) ساخته شده در دستگاه ها و ماشین های الکتریکی: سوئیچ ها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها و غیره.
د) سربار - در بالای بوش قرار می گیرد (به عنوان مثال، در ورودی ولتاژ بالا ترانسفورماتور قدرت).
ه) قابل حمل (برای اندازه گیری های کنترل و تست های آزمایشگاهی).

3. با توجه به طراحی سیم پیچ اولیه، ترانسفورماتورهای جریان تقسیم می شوند:
الف) چند چرخشی (سیم پیچ، سیم پیچی حلقه و سیم پیچ شکل هشت)؛
ب) تک چرخشی (میله)؛
ج) لاستیک (TSh-0.66).

4. با توجه به روش نصب، ترانسفورماتورهای جریان برای نصب داخلی و خارجی تقسیم می شوند:
الف) پست های بازرسی (TPK-10، TPL-SESH-10)؛
ب) پشتیبانی (TLK-10، TLM-10).

5. بر اساس عایق، ترانسفورماتورهای جریان را می توان به گروه هایی تقسیم کرد:
الف) با عایق خشک (پرسلن، باکلیت، عایق اپوکسی ریخته گری و غیره)؛
ب) با عایق کاغذ-روغن و با عایق کاغذ-روغن خازن؛
ج) پر از ترکیب.

6. با توجه به تعداد مراحل تبدیل، ترانسفورماتور جریان وجود دارد:
الف) تک مرحله ای؛
ب) دو مرحله ای (آبشار).

7. ترانسفورماتورها بر اساس ولتاژ کار طبقه بندی می شوند:
الف) برای ولتاژ نامی بالای 1000 ولت؛
ب) برای ولتاژ نامی تا 1000 ولت.

ترکیبی از ویژگی های طبقه بندی مختلف در تعیین نوع ترانسفورماتور جریان، شامل بخش های الفبایی و دیجیتال وارد می شود.

ترانسفورماتورهای جریان با جریان نامی، ولتاژ، کلاس دقت و طراحی مشخص می شوند. در ولتاژ 6-10 کیلو ولت آنها به عنوان سیم پیچ های پشتیبانی و تغذیه با یک یا دو سیم پیچ ثانویه با کلاس دقت 0.2 ساخته می شوند. 0.5; 1 و 3. کلاس دقت حداکثر خطای وارد شده توسط ترانسفورماتور جریان را به نتایج اندازه گیری نشان می دهد. ترانسفورماتورهای کلاس دقت 0.2 که دارای حداقل خطا هستند برای اندازه گیری های آزمایشگاهی، 0.5 - برای برق سنج ها، 1 و 3 - برای تغذیه سیم پیچ های جریان رله ها و ابزار اندازه گیری فنی استفاده می شود. برای عملکرد ایمن، سیم پیچ های ثانویه باید به زمین متصل شوند و نباید مدار باز باشند.
هنگام نصب تابلو برق با ولتاژ 6-10 کیلوولت، از ترانسفورماتورهای جریان با عایق ریخته گری و چینی و برای ولتاژهای تا 1000 ولت - با عایق ریخته گری، پنبه و چینی استفاده می شود.

به عنوان مثال، ترانسفورماتور جریان 2 سیم پیچ مرجع TOL-SESH-10 با عایق ریخته گری برای ولتاژ نامی 10 کیلو ولت، طراحی نسخه 11، با سیم پیچ های ثانویه است:

برای اتصال مدارهای اندازه گیری، با کلاس دقت 0.5 و بار 10 VA؛
- برای اتصال مدارهای حفاظتی، با کلاس دقت 10P و بار 15 VA؛

برای جریان اولیه نامی 150 آمپر، جریان ثانویه نامی 5 آمپر، اصلاح آب و هوا "U"، طبقه بندی 2 طبق GOST 15150-69 هنگام سفارش تولید از JSC VolgaEnergoKomplekt:

TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - با جریان اولیه نامی - 150A، ثانویه - 5A.

عملکرد یک ترانسفورماتور بر اساس پدیده القای متقابل است. اگر سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور به منبع جریان متناوب متصل شود، جریان متناوب از آن عبور می کند که یک شار مغناطیسی متناوب در هسته ترانسفورماتور ایجاد می کند. این شار مغناطیسی، با نفوذ به پیچ های سیم پیچ ثانویه، نیروی الکتروموتور (EMF) را در آن القا می کند. اگر سیم پیچ ثانویه به هر گیرنده انرژی متصل شود، تحت تأثیر EMF القایی، جریانی از طریق این سیم پیچ و از طریق گیرنده انرژی شروع به جریان می کند.

در همان زمان، یک جریان بار نیز در سیم پیچ اولیه ظاهر می شود. بنابراین، انرژی الکتریکی در حال تبدیل، از شبکه اولیه به شبکه ثانویه در ولتاژی که گیرنده انرژی متصل به شبکه ثانویه برای آن طراحی شده است، منتقل می شود.

به منظور بهبود اتصال مغناطیسی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه، آنها را بر روی یک هسته مغناطیسی فولادی قرار می دهند. سیم پیچ ها هم از یکدیگر و هم از مدار مغناطیسی جدا می شوند. سیم پیچ ولتاژ بالاتر سیم پیچ ولتاژ بالا (HV) و سیم پیچ ولتاژ پایین تر سیم پیچ ولتاژ پایین (LV) نامیده می شود. سیم پیچ متصل به شبکه منبع انرژی الکتریکی اولیه نامیده می شود. سیم پیچی که از آن انرژی به گیرنده می رسد ثانویه است.

به طور معمول، ولتاژ سیم پیچ های اولیه و ثانویه یکسان نیست. اگر ولتاژ اولیه کمتر از ثانویه باشد، ترانسفورماتور را یک پله‌آپ و اگر بیشتر از ثانویه باشد، آن را پایین آمدن می‌گویند. هر ترانسفورماتور را می توان هم به عنوان ترانسفورماتور پله بالا و هم به عنوان ترانسفورماتور کاهنده استفاده کرد. ترانسفورماتورهای پله‌آپ برای انتقال برق در فواصل طولانی و ترانسفورماتورهای کاهنده برای توزیع آن بین مصرف‌کنندگان استفاده می‌شوند.

در ترانسفورماتورهای سه سیم پیچ، سه سیم پیچ جدا شده از یکدیگر بر روی هسته مغناطیسی قرار می گیرند. چنین ترانسفورماتوری که از یکی از سیم پیچ ها تغذیه می شود، دریافت دو ولتاژ مختلف و تامین انرژی الکتریکی را به دو گروه مختلف گیرنده ممکن می کند. ترانسفورماتور سه سیم پیچ علاوه بر سیم پیچ های فشار قوی و پایین دارای سیم پیچی با ولتاژ متوسط ​​(MV) می باشد.

سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور شکلی استوانه‌ای دارند که از سیم مسی عایق‌دار گرد در جریان‌های کم و از میله‌های مسی مستطیلی در جریان‌های بالا ساخته می‌شوند.

سیم پیچ ولتاژ پایین نزدیک تر به هسته مغناطیسی قرار دارد، زیرا جدا کردن آن از آن آسان تر از سیم پیچ ولتاژ بالا است.

سیم پیچ ولتاژ پایین توسط لایه ای از مواد عایق از میله عایق بندی می شود. همان واشر عایق بین سیم پیچ های ولتاژ بالا و پایین قرار می گیرد.

در سیم‌پیچ‌های استوانه‌ای، توصیه می‌شود سطح مقطع هسته مغناطیسی را به شکل گرد درآورید تا در ناحیه تحت پوشش سیم‌پیچ‌ها هیچ شکاف غیر مغناطیسی باقی نماند. هرچه شکاف های غیر مغناطیسی کوچکتر باشد، طول پیچ های سیم پیچ و در نتیجه جرم مس برای یک سطح مقطع معین از میله فولادی کمتر است.

با این حال، تولید میله های گرد دشوار است. هسته مغناطیسی از ورق های فولادی نازک مونتاژ می شود و برای به دست آوردن یک میله گرد به تعداد زیادی ورق فولادی با عرض های مختلف نیاز است و این مستلزم ساخت قالب های زیادی است. بنابراین، در ترانسفورماتورهای پرقدرت، میله دارای سطح مقطع پلکانی است که تعداد پله ها بیش از 15-17 نیست. تعداد پله ها در بخش میله با تعداد زوایای یک چهارم دایره تعیین می شود. یوغ مدار مغناطیسی یعنی قسمتی از آن که میله ها را به هم وصل می کند نیز دارای مقطع پلکانی است.

برای خنک سازی بهتر، کانال های تهویه در هسته های مغناطیسی و همچنین در سیم پیچ ترانسفورماتورهای قدرتمند، در صفحات موازی و عمود بر صفحه ورق های فولادی نصب می شوند.
در ترانسفورماتورهای کم مصرف، سطح مقطع سیم کوچک است و سیم پیچ ها ساده می شوند. هسته های مغناطیسی این گونه ترانسفورماتورها دارای سطح مقطع مستطیلی هستند.

رتبه بندی ترانسفورماتور

توان مفیدی که یک ترانسفورماتور با توجه به شرایط گرمایش برای آن طراحی می شود، یعنی توان سیم پیچ ثانویه آن در بار کامل (نامی) توان نامی ترانسفورماتور نامیده می شود. این توان در واحدهای قدرت ظاهری - ولت آمپر (VA) یا کیلوولت آمپر (kVA) بیان می شود. توان فعال ترانسفورماتور بر حسب وات یا کیلووات بیان می شود، یعنی توانی که می تواند از الکتریکی به مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، نوری و غیره تبدیل شود. و همچنین هر دستگاه الکتریکی یا ماشین الکتریکی، نه توسط جزء فعال جریان یا توان فعال، بلکه توسط کل جریان عبوری از هادی و بنابراین، توسط کل توان تعیین می شود. تمام مقادیر دیگری که عملکرد ترانسفورماتور را در شرایطی که برای آن طراحی شده است مشخص می کند نیز اسمی نامیده می شود.

هر ترانسفورماتور مجهز به یک سپر ساخته شده از موادی است که تحت تأثیرات جوی قرار نمی گیرد. این صفحه در مکانی قابل مشاهده به مخزن ترانسفورماتور متصل می شود و حاوی داده های رتبه بندی آن است که برای اطمینان از دوام علائم، حکاکی، حکاکی، برجسته یا به روشی دیگر می باشد. داده های زیر بر روی پانل ترانسفورماتور نشان داده شده است:

1. نام تجاری سازنده.
2. سال انتشار.
3. شماره سریال.
4. تعیین نوع.
5. شماره استانداردی که ترانسفورماتور ساخته شده با آن مطابقت دارد.
6. توان نامی (kVA). (برای سه سیم پیچ، قدرت هر سیم پیچ را مشخص کنید.)
7. ولتاژ نامی و ولتاژ انشعاب سیم پیچ ها (V یا kV).
8. جریان های نامی هر سیم پیچ (A).
9. تعداد فازها.
10. فرکانس جریان (هرتز).
11. نمودار و گروه اتصال سیم پیچ ترانسفورماتور.
12. ولتاژ اتصال کوتاه (%).
13. نوع نصب (داخلی یا خارجی).
14. روش خنک کننده.
15. جرم کل ترانسفورماتور (کیلوگرم یا تی).
16. توده روغن (کیلوگرم یا تی).
17. جرم قسمت فعال (کیلوگرم یا تی).
18. موقعیت های سوئیچ نشان داده شده در درایو آن.

برای ترانسفورماتور با خنک کننده هوای مصنوعی، هنگام خاموش شدن خنک کننده، قدرت آن نیز نشان داده می شود. شماره سریال ترانسفورماتور نیز بر روی مخزن زیر سپر، روی پوشش نزدیک ورودی HV فاز A و در انتهای سمت چپ فلنج بالایی پرتو یوغ مدار مغناطیسی مهر شده است. نماد ترانسفورماتور از قسمت های حروف الفبا و دیجیتال تشکیل شده است. حروف به معنی زیر است:

T - سه فاز،
O - تک فاز
M - خنک کننده طبیعی روغن،
د - خنک کننده روغن با انفجار (هوای مصنوعی و با گردش طبیعی روغن)
ج - خنک کردن روغن با گردش اجباری روغن از طریق کولر آبی،
DC - روغن با انفجار و گردش روغن اجباری،
G - ترانسفورماتور ضد صاعقه،
H در انتهای تعیین - ترانسفورماتور با تنظیم ولتاژ تحت بار،
H در رتبه دوم - پر شده با دی الکتریک مایع غیر قابل اشتعال،
T در جایگاه سوم یک ترانسفورماتور سه سیم پیچ است.

شماره اول پس از تعیین حروف ترانسفورماتور قدرت نامی (kVA) را نشان می دهد، عدد دوم - ولتاژ نامی سیم پیچ HV (kV). بنابراین منظور از نوع TM 6300/35 ترانسفورماتور سه فاز دو سیم پیچ با خنک کننده طبیعی روغن با توان 6300 کیلوولت آمپر و ولتاژ سیم پیچ HV 35 کیلوولت است. حرف A در نام نوع ترانسفورماتور به معنای اتوترانسفورماتور است. در تعیین اتوترانسفورماتورهای سه سیم پیچ، حرف A اول یا آخر قرار می گیرد. اگر مدار اتوترانسفورماتور اصلی باشد (سیم پیچ های HV و MV یک اتوترانسفورماتور را تشکیل می دهند و سیم پیچ LV اضافی است)، حرف A ابتدا قرار می گیرد و اگر مدار اتوترانسفورماتور اضافی باشد، حرف A در آخر قرار می گیرد.

ترانسفورماتور یک وسیله ضروری در مهندسی برق است.

بدون آن، سیستم انرژی به شکل کنونی آن نمی توانست وجود داشته باشد.

این عناصر در بسیاری از وسایل برقی نیز وجود دارند.

کسانی که مایل به آشنایی بیشتر با آنها هستند به این مقاله دعوت می شوند که موضوع آن ترانسفورماتور است: اصل عملکرد و انواع دستگاه ها و همچنین هدف آنها.

این نام به دستگاهی است که مقدار ولتاژ متناوب الکتریکی را تغییر می دهد. انواعی وجود دارد که می توانند فرکانس آن را تغییر دهند.

بسیاری از دستگاه ها مجهز به چنین دستگاه هایی هستند و به طور مستقل نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

به عنوان مثال، تاسیساتی که ولتاژ را برای انتقال جریان در امتداد بزرگراه های الکتریکی افزایش می دهند.

آنها ولتاژ تولید شده توسط نیروگاه را به 35 تا 750 کیلو ولت افزایش می دهند که سود مضاعف می دهد:

• تلفات سیم ها کاهش می یابد.
• سیم های کوچکتر مورد نیاز است.

در شبکه های برق شهری مجدداً با استفاده از ولتاژ به 6.1 کیلو ولت کاهش می یابد.در شبکه های توزیع که برق را بین مصرف کنندگان توزیع می کنند، ولتاژ به 0.4 کیلو ولت کاهش می یابد (این 380 / معمول است).

اصل عملیات

عملکرد یک دستگاه ترانسفورماتور مبتنی بر پدیده القای الکترومغناطیسی است که شامل موارد زیر است: هنگامی که پارامترهای میدان مغناطیسی عبوری از یک هادی تغییر می کند، یک EMF (نیروی محرکه الکتریکی) در دومی ایجاد می شود. هادی در ترانسفورماتور به صورت یک سیم پیچ یا سیم پیچ وجود دارد و کل emf برابر است با مجموع emf هر پیچ.

برای عملکرد عادی، لازم است تماس الکتریکی بین پیچ ها حذف شود، بنابراین از سیم در یک غلاف عایق استفاده می کنند. این سیم پیچ ثانویه نامیده می شود.

میدان مغناطیسی مورد نیاز برای تولید EMF در سیم پیچ ثانویه توسط سیم پیچ دیگری ایجاد می شود. به منبع جریان متصل است و اولیه نامیده می شود. عملکرد سیم پیچ اولیه بر این اساس است که وقتی جریان از یک هادی عبور می کند، میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد می شود و اگر به سیم پیچ پیچیده شود، تقویت می شود.

ترانسفورماتور چگونه کار می کند؟

هنگام عبور از سیم پیچ، پارامترهای میدان الکترومغناطیسی تغییر نمی کند و قادر به ایجاد EMF در سیم پیچ ثانویه نیست. بنابراین، ترانسفورماتورها فقط با ولتاژ متناوب کار می کنند.

ماهیت تبدیل ولتاژ تحت تأثیر نسبت تعداد چرخش در سیم پیچ ها - اولیه و ثانویه است. "Kt" تعیین شده است - ضریب تبدیل. قانون لازم الاجرا است:

Kt = W1 / W2 = U1 / U2،

• W1 و W2 - تعداد چرخش در سیم پیچ های اولیه و ثانویه.
• U1 و U2 - ولتاژ در پایانه های آنها.

بنابراین، اگر چرخش های بیشتری در سیم پیچ اولیه وجود داشته باشد، ولتاژ در پایانه های سیم پیچ ثانویه کمتر است. به چنین دستگاهی دستگاه گام به گام می گویند، Kt آن بزرگتر از یک است. اگر چرخش های بیشتری در سیم پیچ ثانویه وجود داشته باشد، ترانسفورماتور ولتاژ را افزایش می دهد و ترانسفورماتور افزایش دهنده نامیده می شود. Kt آن کمتر از یک است.

ترانسفورماتور قدرت بزرگ

اگر از تلفات غفلت کنیم (ترانسفورماتور ایده آل)، از قانون بقای انرژی نتیجه می گیرد:

P1 = P2،

که در آن P1 و P2 توان جریان در سیم پیچ ها هستند.

از آنجا که P=U*I، ما گرفتیم:

• U1 * I1 = U2 * I2;
• I1 = I2 * (U2 / U1) = I2 / Kt.

به این معنی:

• در سیم پیچ اولیه دستگاه کاهنده (Kt> 1) جریانی با قدرت کمتر نسبت به مدار ثانویه جریان می یابد.
• با ترانسفورماتورهای افزایش دهنده (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

این شرایط هنگام انتخاب مقطع سیم برای سیم پیچ دستگاه ها در نظر گرفته می شود.

طرح

سیم پیچ ترانسفورماتور بر روی یک هسته مغناطیسی - بخشی ساخته شده از فرومغناطیسی، ترانسفورماتور یا سایر فولادهای مغناطیسی نرم قرار می گیرد. به عنوان رسانای میدان الکترومغناطیسی از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه عمل می کند.

تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی متناوب، جریان ها نیز در مدار مغناطیسی تولید می شوند - به آنها جریان گردابی می گویند. این جریان ها منجر به تلفات انرژی و گرم شدن مدار مغناطیسی می شود. دومی، به منظور کاهش این پدیده به حداقل، از صفحات بسیاری جدا شده از یکدیگر تشکیل شده است.

سیم پیچ ها به دو صورت روی مدار مغناطیسی قرار می گیرند:

• نزدیک؛
• باد یکی روی دیگری

سیم پیچ های میکروترانسفورماتور از فویل با ضخامت 20 تا 30 میکرون ساخته شده است. در اثر اکسیداسیون سطح آن به دی الکتریک تبدیل می شود و نقش عایق را ایفا می کند.

طراحی ترانسفورماتور

در عمل، دستیابی به نسبت P1 = P2 به دلیل سه نوع ضرر غیرممکن است:

1. اتلاف میدان مغناطیسی؛
2. گرمایش سیم و مدار مغناطیسی؛
3. هیسترزیس

تلفات هیسترزیس هزینه های انرژی برای معکوس مغناطیسی مدار مغناطیسی است.جهت خطوط میدان الکترومغناطیسی دائما در حال تغییر است. هر بار باید بر مقاومت دوقطبی ها در ساختار مدار مغناطیسی غلبه کنید که در مرحله قبل به روشی مشخص ردیف شده اند.

آنها با استفاده از طرح های مختلف هسته های مغناطیسی سعی در کاهش تلفات هیسترزیس دارند.

بنابراین، در واقعیت، مقادیر P1 و P2 متفاوت است و نسبت P2 / P1 را کارایی دستگاه می نامند. برای اندازه گیری آن، از حالت های عملیاتی زیر ترانسفورماتور استفاده می شود:

• حرکت بیکار؛
• اتصال کوتاه؛
• با بار

در برخی از انواع ترانسفورماتورهایی که با ولتاژ فرکانس بالا کار می کنند، مدار مغناطیسی وجود ندارد.

حالت آماده به کار

سیم پیچ اولیه به منبع جریان متصل است و مدار ثانویه باز است. با این اتصال، جریان بدون بار در سیم پیچ جریان می یابد که عمدتاً جریان مغناطیسی راکتیو را نشان می دهد.

این حالت به شما امکان می دهد تعیین کنید:

• کارایی دستگاه؛
• نسبت تبدیل؛
• تلفات در مدار مغناطیسی (به زبان حرفه ای ها - تلفات در فولاد).

مدار ترانسفورماتور در حالت بیکار

حالت اتصال کوتاه

پایانه های سیم پیچ ثانویه بدون بار بسته می شوند (اتصال کوتاه) به طوری که جریان در مدار فقط با مقاومت آن محدود می شود. ولتاژ به کنتاکت های اولیه اعمال می شود تا جریان در مدار سیم پیچ ثانویه از نامی تجاوز نکند.

این اتصال به شما امکان می دهد تلفات گرمایش سیم پیچ ها (تلفات مس) را تعیین کنید. این در هنگام اجرای مدارها با استفاده از مقاومت فعال به جای ترانسفورماتور واقعی ضروری است.

حالت بارگذاری

در این حالت، یک مصرف کننده به پایانه های سیم پیچ ثانویه متصل می شود.

خنک کننده

در حین کار، ترانسفورماتور گرم می شود.

سه روش خنک کننده استفاده می شود:

1. طبیعی: برای مدل های کم مصرف؛
2. هوای اجباری (دمیدن فن): مدل های با قدرت متوسط.
3. ترانسفورماتورهای قدرتمند با استفاده از مایع (عمدتاً روغن) خنک می شوند.

دستگاه روغن خنک

انواع ترانسفورماتور

دستگاه ها بر اساس هدف، نوع مدار مغناطیسی و توان طبقه بندی می شوند.

ترانسفورماتورهای قدرت

پر تعداد ترین گروه این شامل تمام ترانسفورماتورهای فعال در شبکه برق می شود.

اتوترانسفورماتور

این نوع دارای یک تماس الکتریکی بین سیم پیچ اولیه و ثانویه است. هنگام پیچیدن سیم، چندین نتیجه گرفته می شود - هنگام تعویض بین آنها، تعداد چرخش های متفاوتی استفاده می شود که نسبت تبدیل را تغییر می دهد.

• افزایش بهره وری. این با این واقعیت توضیح داده می شود که تنها بخشی از قدرت تبدیل می شود. این امر به ویژه زمانی اهمیت دارد که اختلاف بین ولتاژ ورودی و خروجی کم باشد.
• کم هزینه.این به دلیل مصرف کمتر فولاد و مس است (اتوترانسفورماتور دارای ابعاد فشرده است).

این دستگاه ها برای استفاده در شبکه هایی با ولتاژ 110 کیلو ولت یا بیشتر با اتصال زمین موثر در Kt نه بالاتر از 3-4 مفید هستند.

ترانسفورماتور جریان

برای کاهش جریان در سیم پیچ اولیه متصل به منبع تغذیه استفاده می شود. این دستگاه در سیستم های حفاظتی، اندازه گیری، سیگنالینگ و کنترل استفاده می شود. مزیت در مقایسه با مدارهای اندازه گیری شنت وجود عایق گالوانیکی (عدم تماس الکتریکی بین سیم پیچ ها) است.

سیم پیچ اولیه با بار به صورت سری به مدار جریان متناوب - در حال آزمایش یا کنترل - متصل می شود. یک دستگاه نشانگر فعال کننده، به عنوان مثال، یک رله، یا یک دستگاه اندازه گیری به پایانه های سیم پیچ ثانویه متصل است.

ترانسفورماتور جریان

مقاومت مجاز در مدار سیم پیچ ثانویه محدود به مقادیر کمی است - تقریباً یک اتصال کوتاه. برای اکثر سیم پیچ های جریان، جریان نامی در این سیم پیچ 1 یا 5 آمپر است. با باز شدن مدار، ولتاژ بالایی در آن ایجاد می شود که می تواند عایق را شکسته و به دستگاه های متصل آسیب برساند.

ترانسفورماتور پالس

با پالس های کوتاه کار می کند که مدت زمان آن در ده ها میکروثانیه اندازه گیری می شود. شکل پالس عملا تحریف نمی شود. عمدتا در سیستم های ویدئویی استفاده می شود.

ترانسفورماتور جوشکاری

این دستگاه:

• تنش را کاهش می دهد؛
• برای جریان نامی در مدار سیم پیچ ثانویه تا هزاران آمپر طراحی شده است.

شما می توانید جریان جوشکاری را با تغییر تعداد چرخش سیم پیچ های درگیر در فرآیند تنظیم کنید (آنها دارای چندین ترمینال هستند). در این حالت مقدار راکتانس القایی یا ولتاژ مدار باز ثانویه تغییر می کند. با استفاده از پایانه های اضافی، سیم پیچ ها به بخش هایی تقسیم می شوند، بنابراین جریان جوش در مراحل تنظیم می شود.

ابعاد ترانسفورماتور تا حد زیادی به فرکانس جریان متناوب بستگی دارد. هرچه بالاتر باشد، دستگاه جمع و جورتر خواهد بود.

ترانسفورماتور جوشکاری TDM 70-460

طراحی دستگاه های جوش اینورتر مدرن بر این اصل استوار است.در آنها، جریان متناوب قبل از عرضه به ترانسفورماتور پردازش می شود:

• با استفاده از یک پل دیودی اصلاح می شود.
• در اینورتر - یک واحد الکترونیکی کنترل شده توسط ریزپردازنده با سوئیچینگ سریع ترانزیستورهای کلیدی - دوباره متغیر می شود، اما با فرکانس 60 - 80 کیلوهرتز.

به همین دلیل است که این دستگاه های جوش بسیار سبک و کوچک هستند.

برای مثال در رایانه های شخصی از منابع تغذیه نوع سوئیچینگ نیز استفاده می شود.

ترانسفورماتور ایزولاسیون

این دستگاه لزوما دارای عایق گالوانیکی است (بین سیم پیچ اولیه و ثانویه تماس الکتریکی وجود ندارد) و Kt برابر با یک است. یعنی ترانسفورماتور ایزوله ولتاژ را بدون تغییر می گذارد. برای بهبود امنیت اتصال ضروری است.

لمس عناصر زنده تجهیزات متصل به شبکه از طریق چنین ترانسفورماتور منجر به شوک الکتریکی شدید نمی شود.

در زندگی روزمره، این روش اتصال لوازم الکتریکی در اتاق های مرطوب - در حمام و غیره مناسب است.

علاوه بر ترانسفورماتورهای قدرت، ترانسفورماتورهای ایزولاسیون سیگنال نیز وجود دارد. آنها در یک مدار الکتریکی برای جداسازی گالوانیکی نصب می شوند.

مدارهای مغناطیسی

سه نوع وجود دارد:

1. رادساخته شده به صورت میله ای با مقطع پلکانی. ویژگی ها چیزهای زیادی برای دلخواه باقی می گذارند، اما پیاده سازی آنها آسان است.
2. زره پوش.آنها میدان مغناطیسی را بهتر از میله ها هدایت می کنند و علاوه بر این، سیم پیچ ها را از تأثیرات مکانیکی محافظت می کنند. عیب: هزینه بالا (به فولاد زیادی نیاز دارد).
3. حلقوی.موثرترین نوع: آنها یک میدان مغناطیسی متمرکز یکنواخت ایجاد می کنند که به کاهش تلفات کمک می کند. ترانسفورماتورهای دارای هسته مغناطیسی حلقوی دارای بالاترین بازده هستند، اما به دلیل پیچیدگی ساخت گران هستند.

قدرت

توان معمولاً با ولت آمپر (VA) نشان داده می شود. بر اساس این معیار، دستگاه ها به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

• کم مصرف: کمتر از 100 VA؛
• توان متوسط: چند صد VA.

تاسیسات با توان بالا وجود دارد که در هزاران VA اندازه گیری می شود.

ترانسفورماتورها از نظر هدف و مشخصات متفاوت هستند، اما اصل عملکرد آنها یکسان است: یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد شده توسط یک سیم پیچ، یک EMF را در سیم پیچ دوم تحریک می کند، که بزرگی آن به تعداد چرخش ها بستگی دارد.

نیاز به تبدیل ولتاژ اغلب ایجاد می شود، به همین دلیل است که ترانسفورماتورها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه می تواند به طور مستقل ساخته شود.

اصل کار ترانسفورماتور بر اساس قانون معروف القای متقابل است. اگر سیم پیچ اولیه این سیم پیچ را روشن کنید، جریان متناوب از این سیم پیچ شروع به جریان می کند. این جریان یک شار مغناطیسی متناوب در هسته ایجاد می کند. این شار مغناطیسی شروع به نفوذ در پیچ های سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور می کند. یک EMF متناوب (نیروی محرکه الکتریکی) بر روی این سیم پیچ القا می شود. اگر سیم پیچ ثانویه را به نوعی گیرنده انرژی الکتریکی (مثلاً به یک لامپ رشته ای معمولی) وصل کنید (اتصال کوتاه کنید)، سپس تحت تأثیر نیروی الکتروموتور القایی، جریان الکتریکی متناوب از سیم پیچ ثانویه عبور می کند. گیرنده.

در همان زمان، جریان بار از سیم پیچ اولیه عبور می کند. این بدان معناست که برق در ولتاژی که بار برای آن طراحی شده است (یعنی گیرنده برق متصل به شبکه ثانویه) از سیم پیچ ثانویه به سیم پیچ اولیه تبدیل و منتقل می شود. اصل عملکرد ترانسفورماتور بر اساس همین تعامل ساده است.

برای بهبود انتقال شار مغناطیسی و تقویت کوپلینگ مغناطیسی، سیم پیچ ترانسفورماتور، اعم از اولیه و ثانویه، روی یک هسته مغناطیسی فولادی ویژه قرار می گیرد. سیم پیچ ها هم از مدار مغناطیسی و هم از یکدیگر جدا می شوند.

اصل کار ترانسفورماتور با توجه به ولتاژ سیم پیچ ها متفاوت است. اگر ولتاژ سیم پیچ های ثانویه و اولیه یکسان باشد برابر با واحد می شود و آنگاه مفهوم ترانسفورماتور به عنوان مبدل ولتاژ در شبکه از بین می رود. ترانسفورماتورهای کاهنده و افزایش دهنده جدا. اگر ولتاژ اولیه کمتر از ثانویه باشد، چنین دستگاه الکتریکی ترانسفورماتور افزایش دهنده نامیده می شود. اگر ثانویه کمتر است، سپس به سمت پایین. با این حال، همان ترانسفورماتور را می توان هم به عنوان ترانسفورماتور پله بالا و هم به عنوان ترانسفورماتور کاهنده استفاده کرد. ترانسفورماتور پله‌آپ برای انتقال انرژی در فواصل مختلف، حمل و نقل و موارد دیگر استفاده می‌شود. گام به گام به طور عمده برای توزیع مجدد برق بین مصرف کنندگان استفاده می شود. محاسبه معمولاً با در نظر گرفتن استفاده بعدی آن به عنوان کاهش یا افزایش ولتاژ انجام می شود.

همانطور که در بالا ذکر شد، اصل کار ترانسفورماتور بسیار ساده است. با این حال، جزئیات جالبی در طراحی آن وجود دارد.

در ترانسفورماتورهای سه سیم پیچ، سه سیم پیچ عایق روی یک هسته مغناطیسی قرار می گیرند. چنین ترانسفورماتوری می تواند دو ولتاژ مختلف را دریافت کند و انرژی را به دو گروه گیرنده برق به طور همزمان منتقل کند. در این مورد می گویند که ترانسفورماتور سه سیم پیچ علاوه بر سیم پیچ های فشار ضعیف، سیم پیچی ولتاژ متوسط ​​نیز دارد.

سیم پیچ های ترانسفورماتور استوانه ای شکل بوده و کاملاً از یکدیگر عایق هستند. با چنین سیم پیچی، سطح مقطع میله شکلی گرد خواهد داشت تا شکاف های غیر مغناطیسی را کاهش دهد. هر چه این شکاف ها کمتر باشد، جرم مس و در نتیجه جرم و هزینه ترانسفورماتور کمتر می شود.

با کشف و شروع استفاده صنعتی از برق، نیاز به ایجاد سیستم هایی برای تبدیل و تحویل آن به مصرف کنندگان بوجود آمد. اینگونه ترانسفورماتورها ظاهر شدند که اصل عملکرد آنها مورد بحث قرار خواهد گرفت.

ظهور آنها تقریباً 200 سال پیش با کشف پدیده القای الکترومغناطیسی توسط فیزیکدان بزرگ انگلیسی مایکل فارادی انجام شد. بعداً، او و همکار آمریکایی خود D. Henry نموداری از ترانسفورماتور آینده را ترسیم کردند.

ترانسفورماتور فارادی

اولین تجسم این ایده در آهن در سال 1848 با ایجاد یک سیم پیچ القایی توسط مکانیک فرانسوی G. Ruhmkorff صورت گرفت. دانشمندان روسی نیز سهم خود را داشتند. در سال 1872، استاد دانشگاه مسکو A.G. Stoletov حلقه هیسترزیس را کشف کرد و ساختار یک فرومغناطیس را توصیف کرد و 4 سال بعد، مخترع برجسته روسی P.N. Yablochkov حق اختراع اولین ترانسفورماتور جریان متناوب را دریافت کرد.

ترانسفورماتور چگونه کار می کند و چگونه کار می کند

ترانسفورماتورها نام یک "خانواده" بزرگ است که شامل ترانسفورماتورهای تک فاز، سه فاز، کاهنده، پله‌آپ، اندازه‌گیری و بسیاری از انواع دیگر است. هدف اصلی آنها تبدیل یک یا چند ولتاژ جریان متناوب به دیگری بر اساس القای الکترومغناطیسی در فرکانس ثابت است.

بنابراین، به طور خلاصه، ساده ترین ترانسفورماتور تک فاز چگونه کار می کند. از سه عنصر اصلی تشکیل شده است - سیم پیچ های اولیه و ثانویه و مدار مغناطیسی که آنها را در یک کل واحد متحد می کند، که همانطور که بود، بر روی آن قرار دارند. منبع منحصراً به سیم پیچ اولیه متصل می شود، در حالی که سیم پیچ ثانویه ولتاژ تغییر یافته را حذف کرده و به مصرف کننده منتقل می کند.

سیم پیچ اولیه متصل به شبکه یک میدان الکترومغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می کند و یک شار مغناطیسی را تشکیل می دهد که شروع به گردش بین سیم پیچ ها می کند و نیروی الکتروموتور (EMF) را در آنها القا می کند. مقدار آن به تعداد چرخش در سیم پیچ ها بستگی دارد. به عنوان مثال، برای کاهش ولتاژ، لازم است که در سیم پیچ اولیه بیشتر از سیم پیچ ثانویه باشد. بر اساس این اصل است که ترانسفورماتورهای کاهنده و افزایش دهنده کار می کنند.

یکی از ویژگی های مهم طراحی ترانسفورماتور این است که هسته مغناطیسی ساختاری فولادی دارد و سیم پیچ هایی که معمولاً به شکل استوانه ای هستند از آن جدا شده و مستقیماً به یکدیگر متصل نیستند و دارای نشانه گذاری های خاص خود هستند.

ترانسفورماتورهای ولتاژ

این شاید پرتعدادترین نوع خانواده ترانسفورماتور باشد. به طور خلاصه، وظیفه اصلی آنها این است که انرژی تولید شده در نیروگاه ها را برای مصرف دستگاه های مختلف در دسترس قرار دهند. برای این منظور، یک سیستم انتقال نیرو متشکل از پست های ترانسفورماتور پله بالا و پایین و خطوط برق وجود دارد.

ابتدا برق تولید شده توسط نیروگاه به یک پست ترانسفورماتور پله‌آپ (مثلاً از 12 تا 500 کیلو ولت) عرضه می‌شود. این به منظور جبران تلفات اجتناب ناپذیر برق در حین انتقال در فواصل طولانی ضروری است.

مرحله بعدی یک پست پایین تر است که از آنجا برق از طریق یک خط ولتاژ پایین به یک ترانسفورماتور کاهنده و سپس به مصرف کننده به صورت ولتاژ 220 ولت تامین می شود.

اما کار ترانسفورماتورها به همین جا ختم نمی شود. اکثر وسایل برقی خانگی اطراف ما - رایانه های شخصی، تلویزیون ها، چاپگرها، ماشین های لباسشویی خودکار، یخچال ها، اجاق های مایکروویو، دی وی دی ها و حتی لامپ های کم مصرف دارای ترانسفورماتورهای کاهنده هستند. نمونه ای از ترانسفورماتور "جیبی" فردی یک شارژر تلفن همراه (تلفن هوشمند) است.

تنوع عظیم دستگاه های الکترونیکی مدرن و عملکردهایی که آنها انجام می دهند با انواع مختلفی از ترانسفورماتورها مطابقت دارد. این لیست کاملی از آنها نیست: قدرت، پالس، جوش، جداکننده، تطبیق، چرخش، سه فاز، ترانسفورماتور پیک، ترانسفورماتور جریان، حلقوی، میله و زره.

آنها چه هستند، ترانسفورماتورهای آینده؟

صنعت ترانسفورماتور کاملا محافظه کار در نظر گرفته می شود. با این وجود، باید تغییرات انقلابی در زمینه مهندسی برق را نیز در نظر بگیرد، جایی که نانوتکنولوژی با صدای بلندتر و بیشتر خود را شناخته می‌شود. مانند بسیاری از دستگاه های دیگر، آنها به تدریج هوشمندتر می شوند.

جستجوی فعال برای مواد ساختاری جدید - عایق و مغناطیسی - در حال انجام است که می تواند قابلیت اطمینان بالاتری را برای تجهیزات ترانسفورماتور فراهم کند. یک جهت می تواند استفاده از مواد آمورف باشد که ایمنی و قابلیت اطمینان آن در برابر آتش را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

ترانسفورماتورهای ضد انفجار و ضد آتش ظاهر می شوند که در آنها بی فنیل های کلردار که برای آغشته کردن مواد عایق الکتریکی استفاده می شوند، با دی الکتریک های مایع غیر سمی و دوستدار محیط زیست جایگزین می شوند.

نمونه ای از این ترانسفورماتورهای قدرت SF6 است، که در آن عملکرد مایع خنک کننده توسط گاز غیر قابل اشتعال SF6، هگزا فلوراید گوگرد، به جای روغن ترانسفورماتور دور از ایمنی انجام می شود.

ایجاد شبکه های برق "هوشمند" مجهز به ترانسفورماتورهای نیمه هادی حالت جامد با کنترل الکترونیکی که با کمک آنها می توان بسته به نیاز مصرف کنندگان ولتاژ را تنظیم کرد، به ویژه اتصال انرژی های تجدید پذیر و صنعتی، مسئله زمان است. منابع برق به شبکه خانگی یا برعکس، موارد غیر ضروری را در مواقعی که ضروری نیستند خاموش کنید.

یکی دیگر از مناطق امیدوار کننده ترانسفورماتورهای ابررسانا با دمای پایین است. کار بر روی ایجاد آنها در دهه 60 آغاز شد. مشکل اصلی دانشمندان اندازه عظیم سیستم های برودتی مورد نیاز برای تولید هلیوم مایع است. همه چیز در سال 1986 تغییر کرد، زمانی که مواد ابررسانا با دمای بالا کشف شدند. به لطف آنها، رها کردن دستگاه های خنک کننده حجیم امکان پذیر شد.

ترانسفورماتورهای ابررسانا کیفیت منحصر به فردی دارند: در چگالی جریان بالا، تلفات در آنها حداقل است، اما زمانی که جریان به مقادیر بحرانی می رسد، مقاومت از سطح صفر به شدت افزایش می یابد.