Care este principiul de funcționare al unui transformator? Transformatoare de curent - principiu de funcționare și aplicare

Transformator este un dispozitiv electromagnetic static având două sau mai multe înfășurări cuplate inductiv și proiectat să transforme, prin inducție electromagnetică, unul sau mai multe sisteme de curent alternativ în unul sau mai multe alte sisteme de curent alternativ.

Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în următoarele scopuri.

Pentru transportul și distribuția energiei electrice. De obicei, în centralele electrice, generatoarele de curent alternativ produc energie electrică la o tensiune de 6-24 kV.

Pentru alimentarea diferitelor circuite de echipamente radio și televiziune; dispozitive de comunicatii, automatizari in telemecanica, aparate electrocasnice; pentru a separa circuitele electrice ale diferitelor elemente ale acestor dispozitive; pentru potrivirea tensiunii

Să includă instrumente electrice de măsură și unele dispozitive, precum relee, în circuitele electrice de înaltă tensiune sau în circuitele prin care trec curenți mari, pentru a extinde limitele de măsurare și a asigura siguranța electrică. Se numesc transformatoare folosite în acest scop măsurare. Au o putere relativ redusa, determinata de puterea consumata de instrumentele electrice de masura, relee etc.

Principiul de funcționare al transformatorului

Circuitul electromagnetic al unui transformator monofazat cu două înfășurări este format din două înfășurări (Fig. 2.1) plasate pe un circuit magnetic închis, care este realizat din material feromagnetic. Utilizarea unui miez magnetic feromagnetic face posibilă întărirea cuplării electromagnetice dintre înfășurări, adică reducerea rezistenței magnetice a circuitului prin care trece fluxul magnetic al mașinii. Înfășurarea primară 1 este conectată la o sursă de curent alternativ - o rețea electrică cu tensiunea u 1 . Rezistența de sarcină Z H este conectată la înfășurarea secundară 2.

Se numește înfășurarea de tensiune mai mare înfăşurare de înaltă tensiune (HV) și joasă tensiune - înfăşurare de joasă tensiune (NN). Începuturile și sfârșiturile înfășurării HV sunt desemnate prin litere A Și X; înfășurări LV - litere A Și X.

Când este conectat la rețea, curent alternativ apare în înfășurarea primară i 1 , care creează un flux magnetic alternativ F, închizându-se de-a lungul circuitului magnetic. Fluxul F induce emf alternanți în ambele înfășurări - e 1 Și e 2 , proporţională, conform legii lui Maxwell, cu numărul de spire w 1 şi w 2 Înfășurarea corespunzătoare și viteza de schimbare a fluxului d F/ dt.

Astfel, valorile instantanee ale emf induse în fiecare înfășurare sunt

e 1 = - w 1 d F/dt; e2= -w 2 dФ/dt.

În consecință, raportul dintre EMF instantanee și efective în înfășurări este determinat de expresia

În consecință, selectarea numărului de spire înfășurate în mod corespunzător, la o anumită tensiune U 1 puteți obține tensiunea dorită U 2 . Dacă este necesară creșterea tensiunii secundare, atunci numărul de spire w 2 este considerat mai mare decât numărul w 1; se numeste un astfel de transformator crescând Dacă trebuie să reduceți tensiunea U 2 , atunci numărul de spire w 2 este luat mai mic decât w 1; se numeste un astfel de transformator în jos,

Raportul EMF EÎnfășurări HV de tensiune mai mare la EMF E Se numesc înfășurări JT de joasă tensiune (sau raportul dintre numărul lor de spire). raportul de transformare

k= E VN / E NN = w VN / w NN

Coeficient k întotdeauna mai mare decât unul.

În sistemele de transport și distribuție a energiei, în unele cazuri, se folosesc transformatoare cu trei înfășurări, iar în electronica radio și dispozitive de automatizare se folosesc transformatoare cu mai multe înfășurări. În astfel de transformatoare, trei sau mai multe înfășurări izolate unele de altele sunt plasate pe miezul magnetic, ceea ce face posibilă primirea a două sau mai multe tensiuni diferite la alimentarea uneia dintre înfășurări. (U 2 ,U 3 ,U 4 etc.) pentru alimentarea cu energie a două sau mai multe grupuri de consumatori. În transformatoarele de putere cu trei înfășurări, se face o distincție între înfășurările de înaltă, joasă și medie tensiune (MT).

Doar tensiunile și curenții sunt convertiți într-un transformator. Puterea rămâne aproximativ constantă (scade oarecum din cauza pierderilor interne de energie din transformator). Prin urmare,

eu 1 /I 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

Când tensiunea secundară a transformatorului crește în k ori comparativ cu primarul, curent i 2 în înfășurarea secundară scade în mod corespunzător k o singura data.

Transformatorul poate funcționa numai în circuite de curent alternativ. Dacă înfășurarea primară a unui transformator este conectată la o sursă de curent continuu, atunci în firul său magnetic se formează un flux magnetic, constant ca mărime și direcție în timp. Prin urmare, în înfășurările primare și secundare în stare staționară, EMF nu este indusă și, prin urmare, energia electrică nu este transferată de la circuitul primar la secundar. Acest mod este periculos pentru transformator, deoarece din cauza lipsei EMF E 1 curent de înfășurare primară eu 1 =U 1 R 1 este destul de mare.

O proprietate importantă a unui transformator utilizat în automatizări și dispozitive electronice radio este capacitatea sa de a converti rezistența la sarcină. Dacă conectați o rezistență la o sursă de curent alternativ R printr-un transformator cu raport de transformare La, apoi pentru circuitul sursă

R" = P 1 /I 1 2 ≈ P 2 /I 1 2 ≈ I 2 2 R/I 1 2 ≈ k 2 R

Unde R 1 - puterea consumată de transformator de la o sursă de curent alternativ, W; R 2 = I 2 2 R≈ P 1 - puterea consumata de rezistenta R de la transformator.

Prin urmare, transformatorul schimbă valoarea rezistenței R în k 2 o singura data. Această proprietate este utilizată pe scară largă în dezvoltarea diferitelor circuite electrice pentru a potrivi rezistența de sarcină cu rezistența internă a surselor de energie electrică.

Transformator este un dispozitiv electromagnetic static cu două (sau mai multe) înfășurări, cel mai adesea conceput pentru a converti curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni. Conversia energiei într-un transformator se realizează printr-un câmp magnetic alternativ. Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi, distribuirea acesteia între receptoare, precum și în diverse dispozitive de redresare, amplificare, semnalizare și alte dispozitive.

La transmiterea energiei electrice de la o centrală electrică către consumatori, puterea curentului din linie provoacă pierderi de energie în această linie și consumul de metale neferoase pentru dispozitivul său. Dacă, cu aceeași putere transmisă, tensiunea este crescută, puterea curentului va scădea în aceeași măsură și, prin urmare, va fi posibil să se utilizeze fire cu o secțiune transversală mai mică. Acest lucru va reduce consumul de metale neferoase la construirea unei linii de transport electric și va reduce pierderile de energie din aceasta.

Energia electrică este generată la centralele electrice de generatoare sincrone la o tensiune de 11-20 kV; în unele cazuri se folosește o tensiune de 30-35 kV. Deși astfel de tensiuni sunt prea mari pentru uz industrial și casnic direct, ele nu sunt suficiente pentru transportul economic al energiei electrice pe distanțe lungi. Creșterea ulterioară a tensiunii în liniile electrice (până la 750 kV sau mai mult) este realizată de transformatoare superioare.

Receptoarele de energie electrica (lampi incandescente, motoare electrice etc.) din motive de siguranta se bazeaza pe o tensiune mai mica (110-380 V). În plus, fabricarea de dispozitive electrice, instrumente și mașini pentru tensiune înaltă este asociată cu dificultăți semnificative de proiectare, deoarece părțile care transportă curent ale acestor dispozitive la tensiune înaltă necesită izolație întărită. Prin urmare, tensiunea înaltă la care este transmisă energia nu poate fi utilizată direct pentru alimentarea receptoarelor și este furnizată acestora prin transformatoare coborâtoare.

Energia electrică AC trebuie transformată de 3-4 ori pe parcurs de la centrala unde este generată până la consumator. În rețelele de distribuție, transformatoarele descendente sunt încărcate nesimultan și nu la capacitate maximă. Prin urmare, puterea totală a transformatoarelor utilizate pentru transportul și distribuția energiei electrice este de 7-8 ori mai mare decât puterea generatoarelor instalate în centralele electrice.

Conversia energiei într-un transformator se realizează printr-un câmp magnetic alternativ folosind un miez magnetic.

Tensiunile înfășurărilor primare și secundare nu sunt de obicei aceleași. Dacă tensiunea primară este mai mică decât cea secundară, transformatorul se numește step-up, dacă este mai mare decât secundar, se numește step-down. Orice transformator poate fi folosit atât ca transformator step-up, cât și ca step-down. Transformatoarele step-up sunt folosite pentru a transmite energie electrică pe distanțe lungi, iar transformatoarele step-down sunt folosite pentru a o distribui între consumatori.

În funcție de scop, există transformatoare de putere, transformatoare de măsurare a tensiunii și transformatoare de curent

Transformatoare de putere convertirea curentului alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni pentru a alimenta consumatorii cu energie electrică. În funcție de scop, acestea pot fi în creștere sau în scădere. În rețelele de distribuție, de regulă, se folosesc transformatoare descendente trifazate cu două înfășurări, transformând tensiuni de 6 și 10 kV la o tensiune de 0,4 kV. (Principalele tipuri de transformatoare sunt TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL și altele.)

Transformatoare de tensiune- Sunt transformatoare intermediare prin care instrumentele de măsură sunt pornite la tensiuni înalte. Datorită acestui fapt, instrumentele de măsură sunt izolate de rețea, ceea ce face posibilă utilizarea instrumentelor standard (cu scara lor re-gradată) și, prin urmare, extinde limitele tensiunilor măsurate.

Transformatoarele de tensiune sunt utilizate atât pentru măsurarea tensiunii, puterii, energiei, cât și pentru alimentarea circuitelor de automatizare, alarme și protecția releelor ​​liniilor de alimentare împotriva defecțiunilor la pământ.

În unele cazuri, transformatoarele de tensiune pot fi folosite ca transformatoare de putere cu coborâre de putere redusă sau ca transformatoare de testare crescătoare (pentru testarea izolației dispozitivelor electrice).

Următoarele tipuri de transformatoare de tensiune sunt prezentate pe piața rusă:

3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOLE-35), ZNOL , 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-10 , ZNOMP 35, NOM 6, NOM 10, NOM 35, NKF 110, NKF 150, NKF 220 și altele.

Pentru transformatoarele de măsurare a tensiunii, înfășurarea primară este 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 63500, 6√0, 6√0, 6 /√3, 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3 și secundarul 100/1√3 sau √3.

Transformator de curent este un dispozitiv auxiliar în care curentul secundar este practic proporțional cu curentul primar și este conceput pentru a include instrumente de măsură și relee în circuitele electrice de curent alternativ.

Livrat cu clasa de precizie: 0,5; 0,5S; 0,2; 0,2S.

Transformatoarele de curent sunt utilizate pentru a converti curentul de orice valoare și tensiune într-un curent convenabil pentru măsurarea cu instrumente standard (5 A), alimentarea înfășurărilor de curent ale releelor, dispozitivele de deconectare, precum și izolarea dispozitivelor și a personalului lor de operare de la tensiune înaltă.

IMPORTANT! Transformatoarele de curent sunt disponibile cu următoarele rapoarte de transformare: 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.
Transformatoarele de curent de pe piața rusă sunt reprezentate de următoarele modele:

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, TV, 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, transformatoare 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 și alții.

Clasificarea transformatoarelor de tensiune

Transformatoarele de tensiune diferă:

A) după numărul de faze - monofazate și trifazate;
b) după numărul de înfăşurări - cu două înfăşurări, trei înfăşurări, patru înfăşurări.
Exemplu 0,5/0,5S/10P;
c) în funcție de clasa de precizie, adică în funcție de valorile de eroare admise;
d) prin metoda de racire - transformatoare cu racire cu ulei (ulei), cu racire naturala cu aer (uscat si cu izolatie turnata);
e) după tipul de instalaţie - pentru instalaţie interioară, pentru instalaţie exterioară şi pentru tablou complet.

Pentru tensiuni de până la 6-10 kV, transformatoarele de tensiune sunt fabricate uscate, adică cu răcire naturală cu aer. Pentru tensiuni de peste 6-10 kV se folosesc transformatoare de tensiune umplute cu ulei.

Transformatoarele de interior sunt proiectate să funcționeze la temperaturi ambientale de la -40 la + 45°C cu umiditate relativă de până la 80%.

ÎN transformatoare monofazate tensiuni de la 6 la 10 kV, se folosește predominant izolația turnată. Transformatoarele cu izolație turnată sunt complet sau parțial (o înfășurare) umplute cu masă izolatoare (rășină epoxidică). Astfel de transformatoare, destinate instalării în interior, diferă în mod favorabil de transformatoarele de ulei: au greutate și dimensiuni de gabarit mai mici și nu necesită aproape nicio întreținere în timpul funcționării.

Transformatoare trifazate cu două înfăşurări tensiunile au circuite magnetice convenționale cu trei tije și trei înfășurări - blindate monofazate.
Transformator trifazat cu trei înfăşurări este un grup de trei unități monofazate unipolare, ale căror înfășurări sunt conectate conform circuitului corespunzător. Transformatoarele de tensiune trifazate cu trei înfășurări din vechea serie (înainte de 1968-1969) aveau miezuri magnetice blindate. Un transformator trifazat este mai mic ca greutate și dimensiune decât un grup de trei transformatoare monofazate. Când utilizați un transformator trifazat pentru rezervă, trebuie să aveți un alt transformator la putere maximă
În transformatoarele cu scufundare în ulei, principalul mediu izolator și de răcire este uleiul de transformator.

Transformator de ulei constă dintr-un circuit magnetic, înfășurări, un rezervor, un capac cu intrări. Miezul magnetic este asamblat din foi de oțel electric laminat la rece, izolate între ele (pentru a reduce pierderile datorate curenților turbionari). Înfășurările sunt realizate din sârmă de cupru sau aluminiu. Pentru a regla tensiunea, înfășurarea HV are ramuri conectate la comutator. Transformatoarele asigură două tipuri de comutare de priză: sub sarcină - comutator de reglare sub sarcină (reglare la sarcină) și fără sarcină, după deconectarea transformatorului de la rețea - comutare fără sarcină (comutare neexcitată). A doua metodă de reglare a tensiunii este cea mai comună, deoarece este cea mai simplă.

În plus față de transformatoarele răcite cu ulei menționate mai sus (Transformer TM), transformatoarele sunt produse într-un design etanș (TMG), în care uleiul nu comunică cu aerul și, prin urmare, oxidarea și umezirea lui accelerată sunt excluse. Transformatoarele de ulei într-un design sigilat sunt complet umplute cu ulei de transformator și nu au un expandor, iar modificările de temperatură ale volumului său în timpul încălzirii și răcirii sunt compensate de modificările volumului ondulațiilor pereților rezervorului. Aceste transformatoare sunt umplute cu ulei sub vid, ceea ce crește rezistența electrică a izolației lor.

Transformator uscat, la fel ca și cel de ulei, este format dintr-un miez magnetic, înfășurări HV și JT, închise într-o carcasă de protecție. Principalul mediu izolator și de răcire este aerul atmosferic. Cu toate acestea, aerul este un mediu izolator și de răcire mai puțin perfect decât uleiul de transformator. Prin urmare, la transformatoarele uscate, toate golurile de izolație și canalele de ventilație sunt mai mari decât la transformatoarele cu ulei.

Transformatoarele uscate sunt fabricate cu înfășurări cu izolație din sticlă din clasa de rezistență la căldură B (TSZ), precum și cu izolație pe lacuri siliconice din clasa N (TSZK). Pentru a reduce higroscopicitatea, înfășurările sunt impregnate cu lacuri speciale. Folosirea fibrei de sticla sau azbestului ca izolatie pentru infasurari poate creste semnificativ temperatura de functionare a infasurarilor si obtine o instalatie practic ignifuga. Această proprietate a transformatoarelor uscate face posibilă utilizarea lor pentru instalarea în încăperi uscate în cazurile în care asigurarea securității la incendiu a instalației este un factor decisiv. Uneori, transformatoarele uscate sunt înlocuite cu transformatoare uscate mai scumpe și dificil de fabricat.

Transformatoarele uscate au dimensiuni și greutate de gabarit puțin mai mari (transformatorul TSZ) și o capacitate de suprasarcină mai mică decât cele cu ulei și sunt utilizate pentru funcționarea în spații închise cu o umiditate relativă de cel mult 80%. Avantajele transformatoarelor uscate includ siguranța la foc (fără ulei), simplitatea comparativă a designului și costurile de operare relativ scăzute.

Clasificarea transformatoarelor de curent

Transformatoarele de curent sunt clasificate după mai multe criterii:

1. În funcție de scopul lor, transformatoarele de curent pot fi împărțite în măsurare (TOL-SESH-10, TLM-10), protectoare, intermediare (pentru includerea instrumentelor de măsură în circuitele de curent de protecție cu relee, pentru egalizarea curenților în circuitele de protecție diferențială, etc.) și de laborator (precizie mare, precum și cu multe rapoarte de transformare).

2. După tipul de instalație, transformatoarele de curent se disting:
a) pentru instalare în exterior, instalat în tablouri deschise (TLK-35-2.1 UHL1);
b) pentru instalare în interior;
c) încorporate în aparate și mașini electrice: întrerupătoare, transformatoare, generatoare etc.;
d) deasupra capului - plasat deasupra bucșei (de exemplu, pe intrarea de înaltă tensiune a unui transformator de putere);
e) portabil (pentru măsurători de control și teste de laborator).

3. În funcție de proiectarea înfășurării primare, transformatoarele de curent sunt împărțite:
a) cu mai multe spire (bobină, înfășurare în buclă și înfășurare în formă de opt);
b) cu o singură tură (tijă);
c) anvelope (TSh-0,66).

4. Conform metodei de instalare, transformatoarele de curent pentru instalații interioare și exterioare sunt împărțite:
a) puncte de control (TPK-10, TPL-SESH-10);
b) suport (TLK-10, TLM-10).

5. Pe baza izolației, transformatoarele de curent pot fi împărțite în grupuri:
a) cu izolație uscată (porțelan, bachelit, izolație epoxidica turnată etc.);
b) cu izolație hârtie-ulei și cu izolație hârtie-ulei condensator;
c) umplut cu compus.

6. În funcție de numărul de trepte de transformare, există transformatoare de curent:
a) într-o singură etapă;
b) în două etape (cascada).

7. Transformatoarele sunt clasificate în funcție de tensiunea de funcționare:
a) pentru tensiunea nominală peste 1000 V;
b) pentru tensiune nominală de până la 1000 V.

Combinația diferitelor caracteristici de clasificare este introdusă în desemnarea tipului de transformator de curent, constând din părți alfabetice și digitale.

Transformatoarele de curent sunt caracterizate prin curent nominal, tensiune, clasa de precizie și design. La o tensiune de 6-10 kV se realizează ca înfășurări de susținere și de trecere cu una sau două înfășurări secundare de clasa de precizie 0,2; 0,5; 1 și 3. Clasa de precizie indică eroarea maximă introdusă de transformatorul de curent în rezultatele măsurătorilor. Transformatoarele din clasele de precizie 0,2, care au o eroare minimă, sunt utilizate pentru măsurătorile de laborator, 0,5 - pentru alimentarea contoarelor, 1 și 3 - pentru alimentarea înfășurărilor de curent ale releelor ​​și instrumentelor tehnice de măsură. Pentru o funcționare în siguranță, înfășurările secundare trebuie să fie împământate și nu trebuie să fie în circuit deschis.
La instalarea aparatelor de comutare cu o tensiune de 6-10 kV se folosesc transformatoare de curent cu izolație turnată și porțelan, iar pentru tensiuni de până la 1000 V - cu izolație turnată, bumbac și porțelan.

Un exemplu este transformatorul de curent de referință TOL-SESH-10 cu 2 înfășurări cu izolație turnată pentru o tensiune nominală de 10 kV, versiunea de proiectare 11, cu înfășurări secundare:

Pentru conectarea circuitelor de măsurare, cu clasa de precizie 0,5 și sarcină 10 VA;
- pentru conectarea circuitelor de protectie, cu clasa de precizie 10P si sarcina 15 VA;

Pentru un curent primar nominal de 150 Amperi, un curent secundar nominal de 5 Amperi, modificarea climatică „U”, categoria de plasare 2 conform GOST 15150-69 la plasarea unei comenzi de producție de la JSC VolgaEnergoKomplekt:

TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - cu curent primar nominal - 150A, secundar - 5A.

Funcționarea unui transformator se bazează pe fenomenul de inducție reciprocă. Dacă înfășurarea primară a unui transformator este conectată la o sursă de curent alternativ, atunci curent alternativ va curge prin ea, ceea ce va crea un flux magnetic alternativ în miezul transformatorului. Acest flux magnetic, care pătrunde în spirele înfășurării secundare, va induce o forță electromotoare (EMF) în el. Dacă înfășurarea secundară este scurtcircuitată la orice receptor de energie, atunci sub influența EMF indusă, un curent va începe să curgă prin această înfășurare și prin receptorul de energie.

În același timp, un curent de sarcină va apărea și în înfășurarea primară. Astfel, energia electrică, fiind transformată, este transferată din rețeaua primară în cea secundară la tensiunea pentru care este proiectat receptorul de energie conectat la rețeaua secundară.

Pentru a îmbunătăți legătura magnetică dintre înfășurările primare și secundare, acestea sunt așezate pe un miez magnetic din oțel. Înfășurările sunt izolate atât una de cealaltă, cât și de circuitul magnetic. Înfășurarea de tensiune mai mare se numește înfășurare de înaltă tensiune (HV), iar înfășurarea de tensiune inferioară se numește înfășurare de joasă tensiune (LV). Înfășurarea conectată la rețeaua sursei de energie electrică se numește primar; înfăşurarea din care se furnizează energia receptorului este secundară.

De obicei, tensiunile înfășurărilor primare și secundare nu sunt aceleași. Dacă tensiunea primară este mai mică decât cea secundară, transformatorul se numește step-up, dacă este mai mare decât secundar, se numește step-down. Orice transformator poate fi folosit atât ca transformator step-up, cât și ca step-down. Transformatoarele step-up sunt folosite pentru a transmite energie electrică pe distanțe lungi, iar transformatoarele step-down sunt folosite pentru a o distribui între consumatori.

În transformatoarele cu trei înfășurări, trei înfășurări izolate una de cealaltă sunt plasate pe miezul magnetic. Un astfel de transformator, alimentat de la una dintre înfășurări, face posibilă primirea a două tensiuni diferite și furnizarea de energie electrică la două grupuri diferite de receptoare. Pe lângă înfășurările de înaltă și joasă tensiune, transformatorul cu trei înfășurări are o înfășurare de medie tensiune (MT).

Înfășurările transformatorului au o formă predominant cilindrică, realizată din sârmă de cupru rotundă izolată la curenți mici și din bare de cupru dreptunghiulare la curenți mari.

Înfășurarea de joasă tensiune este situată mai aproape de miezul magnetic, deoarece este mai ușor să o izolați de acesta decât înfășurarea de înaltă tensiune.

Înfășurarea de joasă tensiune este izolată de tijă printr-un strat de material izolator. Aceeași garnitură izolatoare este plasată între înfășurările de înaltă și joasă tensiune.

În cazul înfășurărilor cilindrice, este recomandabil să dați secțiunii transversale a miezului magnetic o formă rotundă, astfel încât să nu rămână goluri nemagnetice în zona acoperită de înfășurări. Cu cât golurile nemagnetice sunt mai mici, cu atât lungimea spirelor de înfășurare este mai mică și, prin urmare, masa de cupru pentru o anumită zonă a secțiunii transversale a tijei de oțel.

Cu toate acestea, este dificil să se producă tije rotunde. Miezul magnetic este asamblat din foi subțiri de oțel, iar pentru a obține o tijă rotundă ar fi nevoie de un număr mare de foi de oțel de diferite lățimi, iar acest lucru ar necesita fabricarea multor matrițe. Prin urmare, la transformatoarele de mare putere tija are o secțiune transversală în trepte, cu un număr de trepte nu mai mare de 15-17. Numărul de pași în secțiunea tijei este determinat de numărul de unghiuri dintr-un sfert de cerc. Jugul circuitului magnetic, adică acea parte a acestuia care leagă tijele, are și o secțiune transversală în trepte.

Pentru o răcire mai bună, conductele de ventilație sunt instalate în miezuri magnetice, precum și în înfășurările transformatoarelor puternice, în planuri paralele și perpendiculare pe planul tablelor de oțel.
La transformatoarele de putere mică, aria secțiunii transversale a firului este mică, iar înfășurările sunt simplificate. Miezurile magnetice ale unor astfel de transformatoare au o secțiune transversală dreptunghiulară.

Evaluări ale transformatorului

Puterea utilă pentru care este proiectat un transformator în funcție de condițiile de încălzire, adică puterea înfășurării sale secundare la sarcină maximă (nominală) se numește puterea nominală a transformatorului. Această putere este exprimată în unități de putere aparentă - volți-amperi (VA) sau kilovolti-amperi (kVA). Puterea activă a unui transformator este exprimată în wați sau kilowați, adică puterea care poate fi convertită din electric în mecanic, termic, chimic, ușoară etc. Secțiuni transversale ale firelor înfășurărilor și ale tuturor părților transformatorului, ca precum și orice aparat electric sau o mașină electrică, sunt determinate nu de componenta activă a curentului sau a puterii active, ci de curentul total care curge prin conductor și, prin urmare, de puterea totală. Toate celelalte valori care caracterizează funcționarea unui transformator în condițiile pentru care este proiectat sunt numite și nominale.

Fiecare transformator este echipat cu un scut din material care nu este supus influențelor atmosferice. Placa este atașată la rezervorul transformatorului într-un loc vizibil și conține datele sale de rating, care sunt gravate, gravate, în relief sau într-un alt mod pentru a asigura durabilitatea semnelor. Următoarele date sunt indicate pe panoul transformatorului:

1. Marca producătorului.
2. Anul fabricației.
3. Număr de serie.
4. Denumirea tipului.
5. Numărul standardului căruia îi corespunde transformatorul fabricat.
6. Putere nominală (kVA). (Pentru trei înfășurări, indicați puterea fiecărei înfășurări.)
7. Tensiuni nominale și tensiuni de ramificare a înfășurărilor (V sau kV).
8. Curenții nominali ai fiecărei înfășurări (A).
9. Numărul de faze.
10. Frecvența curentă (Hz).
11. Schema și grupul de conectare a înfășurărilor transformatorului.
12. Tensiune de scurtcircuit (%).
13. Tipul de instalare (internă sau externă).
14. Metoda de răcire.
15. Masa totală a transformatorului (kg sau t).
16. Masa uleiului (kg sau t).
17. Masa părții active (kg sau t).
18. Comutați pozițiile indicate pe unitatea sa.

Pentru un transformator cu răcire artificială cu aer, puterea acestuia este indicată suplimentar atunci când răcirea este oprită. Numărul de serie al transformatorului este ștanțat și pe rezervorul de sub ecran, pe capacul de lângă intrarea HV a fazei A și pe capătul din stânga flanșei superioare a grinzii jugului circuitului magnetic. Simbolul transformatorului este format din părți alfabetice și digitale. Literele înseamnă următoarele:

T - trifazat,
O - monofazat,
M - răcire cu ulei natural,
D - răcire ulei cu explozie (aer artificial și cu circulație naturală a uleiului),
C - răcire ulei cu circulație forțată a uleiului printr-un răcitor de apă,
DC - ulei cu explozie și circulație forțată a uleiului,
G - transformator rezistent la trăsnet,
H la sfârșitul desemnării - transformator cu reglare a tensiunii sub sarcină,
H pe locul doi - umplut cu dielectric lichid neinflamabil,
T pe locul trei este un transformator cu trei înfășurări.

Primul număr după denumirea literei transformatorului arată puterea nominală (kVA), al doilea număr - tensiunea nominală a înfășurării HV (kV). Astfel, tip TM 6300/35 inseamna un transformator trifazat cu doua infasurari cu racire naturala cu ulei cu o putere de 6300 kVA si o tensiune de infasurare HT de 35 kV. Litera A din desemnarea tipului de transformator înseamnă autotransformator. În denumirea autotransformatoarelor cu trei înfășurări, litera A este plasată fie prima, fie ultima. Dacă circuitul autotransformatorului este cel principal (înfășurările HV și MT formează un autotransformator, iar înfășurarea BT este suplimentară), litera A este plasată prima; dacă circuitul autotransformatorului este suplimentar, litera A este plasată ultima.

Un transformator este un dispozitiv indispensabil în inginerie electrică.

Fără el, sistemul energetic în forma sa actuală nu ar putea exista.

Aceste elemente sunt prezente și în multe aparate electrice.

Cei care doresc să le cunoască mai bine sunt invitați la acest articol, al cărui subiect este transformatorul: principiul de funcționare și tipurile de dispozitive, precum și scopul lor.

Acesta este numele dat unui dispozitiv care modifică magnitudinea tensiunii electrice alternative. Există soiuri care își pot schimba frecvența.

Multe dispozitive sunt echipate cu astfel de dispozitive și sunt, de asemenea, utilizate independent.

De exemplu, instalațiile care cresc tensiunea pentru a transmite curent de-a lungul autostrăzilor electrice.

Ele ridică tensiunea generată de centrală la 35 - 750 kV, ceea ce oferă un dublu beneficiu:

• pierderile în fire sunt reduse;
• sunt necesare fire mai mici.

În rețelele electrice urbane, tensiunea este din nou redusă la 6,1 kV, din nou utilizând.În rețelele de distribuție care distribuie energie electrică către consumatori, tensiunea este redusă la 0,4 kV (acesta este 380/ obișnuit).

Principiul de funcționare

Funcționarea unui dispozitiv transformator se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică, care constă în următoarele: atunci când parametrii câmpului magnetic care traversează un conductor se modifică, în acesta din urmă apare o EMF (forță electromotoare). Conductorul dintr-un transformator este prezent sub formă de bobină sau înfășurare și f.e.m. totală este egală cu suma f.e.m. a fiecărei spire.

Pentru funcționarea normală, este necesar să se excludă contactul electric între spire, prin urmare folosesc un fir într-o manta izolatoare. Această bobină se numește secundară.

Câmpul magnetic necesar pentru a genera EMF în bobina secundară este creat de o altă bobină. Este conectat la o sursă de curent și se numește primar. Funcționarea bobinei primare se bazează pe faptul că, atunci când curentul trece printr-un conductor, în jurul acestuia se formează un câmp electromagnetic, iar dacă este înfășurat într-o bobină, acesta este amplificat.

Cum funcționează un transformator?

Când curge prin bobină, parametrii câmpului electromagnetic nu se modifică și nu poate provoca un EMF în bobina secundară. Prin urmare, transformatoarele funcționează numai cu tensiune alternativă.

Natura conversiei tensiunii este influențată de raportul dintre numărul de spire din înfășurări - primar și secundar. Este desemnat „Kt” - coeficient de transformare. Legea este in vigoare:

Kt = W1 / W2 = U1 / U2,

• W1 și W2 - numărul de spire în înfășurările primare și secundare;
• U1 și U2 - tensiune la bornele lor.

Prin urmare, dacă există mai multe spire în bobina primară, atunci tensiunea la bornele bobinei secundare este mai mică. Un astfel de dispozitiv se numește dispozitiv step-down; Kt-ul său este mai mare decât unu. Dacă sunt mai multe spire în bobina secundară, transformatorul crește tensiunea și se numește transformator step-up. Kt-ul său este mai mic de unu.

Transformator mare de putere

Dacă neglijăm pierderile (transformatorul ideal), atunci din legea conservării energiei rezultă:

P1 = P2,

unde P1 și P2 sunt puterea curentă în înfășurări.

Deoarece P=U*I, primim:

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

Inseamna:

• în bobina primară a dispozitivului de coborâre (Kt > 1) curge un curent cu o putere mai mică decât în ​​circuitul secundar;
• cu transformatoare superioare (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

Această circumstanță este luată în considerare la selectarea secțiunii transversale a firelor pentru înfășurările dispozitivelor.

Proiecta

Înfășurările transformatorului sunt plasate pe un miez magnetic - o parte din feromagnetic, transformator sau alt oțel magnetic moale. Acesta servește ca conductor al câmpului electromagnetic de la bobina primară la bobina secundară.

Sub influența unui câmp magnetic alternativ, în circuitul magnetic se generează și curenți - se numesc curenți turbionari. Acești curenți duc la pierderea de energie și încălzirea circuitului magnetic. Acesta din urmă, pentru a reduce acest fenomen la minimum, este alcătuit din multe plăci izolate unele de altele.

Bobinele sunt plasate pe circuitul magnetic în două moduri:

• aproape;
• vânt unul peste altul.

Înfășurările pentru microtransformatoare sunt realizate din folie cu o grosime de 20 - 30 microni. Ca urmare a oxidării, suprafața sa devine dielectrică și joacă rolul de izolație.

Design transformator

În practică, este imposibil să se realizeze raportul P1 = P2 din cauza a trei tipuri de pierderi:

1. disiparea câmpului magnetic;
2. încălzirea firelor și a circuitului magnetic;
3. histerezis.

Pierderile de histerezis sunt costuri de energie pentru inversarea magnetizării circuitului magnetic. Direcția liniilor câmpului electromagnetic se schimbă constant. De fiecare dată trebuie să depășiți rezistența dipolilor din structura circuitului magnetic, aliniați într-un anumit fel în faza anterioară.

Ei se străduiesc să reducă pierderile de histerezis prin utilizarea diferitelor modele de nuclee magnetice.

Deci, în realitate, valorile lui P1 și P2 sunt diferite, iar raportul P2 / P1 se numește eficiența dispozitivului. Pentru măsurarea acestuia, se folosesc următoarele moduri de funcționare ale transformatorului:

• miscare inactiv;
• circuit scurt;
• cu sarcina.

În unele tipuri de transformatoare care funcționează cu tensiune de înaltă frecvență, nu există un circuit magnetic.

Modul inactiv

Înfășurarea primară este conectată la o sursă de curent, iar circuitul secundar este deschis. Cu această conexiune, în bobină circulă curent fără sarcină, care reprezintă în principal curentul de magnetizare reactiv.

Acest mod vă permite să determinați:

• Eficiența dispozitivului;
• raportul de transformare;
• pierderi în circuitul magnetic (în limbajul profesioniștilor - pierderi în oțel).

Circuitul transformatorului în modul inactiv

Modul de scurtcircuit

Bornele înfășurării secundare sunt închise fără sarcină (scurtcircuitat), astfel încât curentul din circuit este limitat doar de rezistența acestuia. Tensiunea este aplicată la contactele primare, astfel încât curentul din circuitul de înfășurare secundară să nu depășească cel nominal.

Această conexiune vă permite să determinați pierderile de încălzire ale înfășurărilor (pierderile de cupru). Acest lucru este necesar atunci când se implementează circuite care utilizează rezistență activă în loc de un transformator real.

Modul de încărcare

În această stare, un consumator este conectat la bornele înfășurării secundare.

Răcire

În timpul funcționării, transformatorul se încălzește.

Se folosesc trei metode de răcire:

1. natural: pentru modele cu putere redusă;
2. aer fortat (suflarea ventilatorului): modele de putere medie;
3. transformatoarele puternice sunt răcite cu lichid (în principal ulei).

Dispozitiv racit cu ulei

Tipuri de transformatoare

Dispozitivele sunt clasificate în funcție de scop, tip de circuit magnetic și putere.

Transformatoare de putere

Cel mai numeros grup. Aceasta include toate transformatoarele care funcționează în rețeaua electrică.

Autotransformator

Acest tip are un contact electric între înfășurările primare și secundare. La înfășurarea firului, se fac mai multe concluzii - la comutarea între ele, se folosește un număr diferit de spire, ceea ce modifică raportul de transformare.

• Eficiență crescută. Acest lucru se explică prin faptul că doar o parte din putere este convertită. Acest lucru este deosebit de important atunci când diferența dintre tensiunile de intrare și de ieșire este mică.
• Cost scăzut. Acest lucru se datorează consumului mai mic de oțel și cupru (autotransformatorul are dimensiuni compacte).

Aceste dispozitive sunt avantajoase de utilizat în rețele cu tensiuni de 110 kV sau mai mult cu împământare efectivă la Kt nu mai mare de 3-4.

Transformator de curent

Folosit pentru a reduce curentul în înfășurarea primară conectată la sursa de alimentare. Aparatul este utilizat în sisteme de protecție, măsurare, semnalizare și control. Avantajul față de circuitele de măsurare în șunt este prezența izolației galvanice (fără contact electric între înfășurări).

Bobina primară este conectată la circuitul de curent alternativ - fiind testată sau controlată - cu sarcina în serie. Un dispozitiv indicator de acționare, de exemplu, un releu sau un dispozitiv de măsurare este conectat la bornele înfășurării secundare.

Transformator de curent

Rezistența admisă în circuitul bobinei secundare este limitată la valori reduse - aproape un scurtcircuit. Pentru majoritatea bobinelor curente, curentul nominal din această bobină este de 1 sau 5 A. Când circuitul este deschis, se generează o tensiune înaltă în acesta, care poate sparge izolația și poate deteriora dispozitivele conectate.

Transformator de impulsuri

Funcționează cu impulsuri scurte, a căror durată este măsurată în zeci de microsecunde. Forma pulsului nu este practic distorsionată. Folosit în principal în sistemele video.

Transformator de sudare

Acest aparat:

• reduce tensiunea;
• proiectat pentru curentul nominal în circuitul de înfășurare secundară de până la mii de amperi.

Puteți regla curentul de sudare prin modificarea numărului de spire ale înfășurărilor implicate în proces (au mai multe terminale). În acest caz, valoarea reactanței inductive sau a tensiunii secundare în circuit deschis se modifică. Prin intermediul terminalelor suplimentare, înfășurările sunt împărțite în secțiuni, prin urmare curentul de sudare este reglat în trepte.

Dimensiunile transformatorului depind în mare măsură de frecvența curentului alternativ. Cu cât este mai mare, cu atât dispozitivul va fi mai compact.

Transformator de sudare TDM 70-460

Designul mașinilor moderne de sudură cu invertor se bazează pe acest principiu.În ele, curentul alternativ este procesat înainte de a fi furnizat transformatorului:

• rectificat cu ajutorul unei punți de diode;
• în invertor - o unitate electronică controlată de microprocesor cu tranzistori cheie cu comutare rapidă - devine din nou variabilă, dar cu o frecvență de 60 - 80 kHz.

De aceea aceste mașini de sudură sunt atât de ușoare și mici.

Sursele de alimentare de tip comutator sunt, de asemenea, utilizate, de exemplu, la PC-uri.

Transformator de izolare

Acest dispozitiv are în mod necesar izolație galvanică (nu există contact electric între înfășurările primare și secundare), iar Kt este egal cu unu. Adică, transformatorul de izolare lasă tensiunea neschimbată. Este necesară îmbunătățirea securității conexiunii.

Atingerea elementelor sub tensiune ale echipamentelor conectate la rețea printr-un astfel de transformator nu va duce la un șoc electric sever.

În viața de zi cu zi, această metodă de conectare a aparatelor electrice este potrivită în încăperi umede - în băi etc.

Pe lângă transformatoarele de putere, există transformatoare de izolare a semnalului. Sunt instalate într-un circuit electric pentru izolare galvanică.

Miezuri magnetice

Există trei tipuri:

1. Tijă. Realizat sub formă de tijă cu secțiune în trepte. Caracteristicile lasa mult de dorit, dar sunt usor de implementat.
2. Blindat. Acestea conduc câmpul magnetic mai bine decât cele cu tije și, în plus, protejează înfășurările de influențele mecanice. Dezavantaj: cost ridicat (necesită mult oțel).
3. Toroidal. Cel mai eficient tip: creează un câmp magnetic concentrat uniform, care ajută la reducerea pierderilor. Transformatoarele cu miez magnetic toroidal au cea mai mare eficiență, dar sunt scumpe datorită complexității producției.

Putere

Puterea este de obicei exprimată în volți-amperi (VA). Conform acestui criteriu, dispozitivele sunt clasificate după cum urmează:

• putere redusă: mai puțin de 100 VA;
• putere medie: câteva sute VA;

Există instalații de mare putere, măsurate în mii de VA.

Transformatoarele diferă ca scop și caracteristici, dar principiul lor de funcționare este același: un câmp magnetic alternant generat de o înfășurare excită un EMF în a doua, a cărui magnitudine depinde de numărul de spire.

Necesitatea de a converti tensiunea apare foarte des, motiv pentru care transformatoarele sunt utilizate pe scară largă. Acest dispozitiv poate fi realizat independent.

Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe celebra lege a inducției reciproce. Dacă porniți înfășurarea primară a acesteia, atunci curentul alternativ va începe să curgă prin această înfășurare. Acest curent va crea un flux magnetic alternativ în miez. Acest flux magnetic va începe să pătrundă în spirele înfășurării secundare a transformatorului. Pe această înfășurare va fi indusă o EMF alternativă (forță electromotoare). Dacă conectați (scurtcircuitați) înfășurarea secundară la un fel de receptor de energie electrică (de exemplu, la o lampă cu incandescență convențională), atunci sub influența unei forțe electromotoare induse, un curent electric alternativ va curge prin înfășurarea secundară către destinatarul.

În același timp, curentul de sarcină va curge prin înfășurarea primară. Aceasta înseamnă că energia electrică va fi transformată și transmisă de la înfășurarea secundară la înfășurarea primară la tensiunea pentru care este proiectată sarcina (adică receptorul de energie electrică conectat la rețeaua secundară). Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe această interacțiune simplă.

Pentru a îmbunătăți transmisia fluxului magnetic și a întări cuplajul magnetic, înfășurarea transformatorului, atât primar, cât și secundar, este plasată pe un miez magnetic special din oțel. Înfășurările sunt izolate atât de circuitul magnetic, cât și unele de altele.

Principiul de funcționare al transformatorului variază în funcție de tensiunea înfășurărilor. Dacă tensiunea înfășurărilor secundare și primare este aceeași, aceasta va fi egală cu unitatea și atunci însuși sensul transformatorului ca convertor de tensiune în rețea se pierde. Transformatoare step-down și step-up separate. Dacă tensiunea primară este mai mică decât cea secundară, atunci un astfel de dispozitiv electric va fi numit un transformator step-up. Dacă secundarul este mai mic, atunci în jos. Cu toate acestea, același transformator poate fi folosit atât ca transformator de creștere, cât și ca transformator descendente. Un transformator step-up este folosit pentru a transmite energie pe diferite distanțe, pentru tranzit și alte lucruri. Cele step-down sunt utilizate în principal pentru redistribuirea energiei electrice între consumatori. Calculul se face de obicei ținând cont de utilizarea sa ulterioară ca scădere sau creștere a tensiunii.

După cum am menționat mai sus, principiul de funcționare al transformatorului este destul de simplu. Cu toate acestea, există câteva detalii interesante în designul său.

În transformatoarele cu trei înfășurări, trei înfășurări izolate sunt plasate pe un miez magnetic. Un astfel de transformator poate primi două tensiuni diferite și poate transmite energie la două grupuri de receptoare de electricitate simultan. În acest caz, ei spun că, pe lângă înfășurările de joasă tensiune, un transformator cu trei înfășurări are și o înfășurare de medie tensiune.

Înfășurările transformatorului sunt de formă cilindrică și sunt complet izolate unele de altele. Cu o astfel de înfășurare, secțiunea transversală a tijei va avea o formă rotundă pentru a reduce golurile nemagnetizate. Cu cât astfel de goluri sunt mai puține, cu atât masa cuprului este mai mică și, în consecință, masa și costul transformatorului.

Odată cu descoperirea și începutul utilizării industriale a energiei electrice, a apărut nevoia de a crea sisteme pentru conversia și livrarea acesteia către consumatori. Așa au apărut transformatoarele, al căror principiu de funcționare va fi discutat.

Apariția lor a fost precedată de descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică de către marele fizician englez Michael Faraday în urmă cu aproape 200 de ani. Mai târziu, el și colegul său american D. Henry au desenat o diagramă a viitorului transformator.

transformator Faraday

Prima întruchipare a ideii în fier a avut loc în 1848 odată cu crearea unei bobine de inducție de către mecanicul francez G. Ruhmkorff. Oamenii de știință ruși și-au adus și ei contribuția. În 1872, profesorul de la Universitatea din Moscova A.G. Stoletov a descoperit bucla de histerezis și a descris structura unui feromagnet, iar 4 ani mai târziu, remarcabilul inventator rus P.N. Yablochkov a primit un brevet pentru invenția primului transformator de curent alternativ.

Cum funcționează un transformator și cum funcționează

Transformatoarele sunt numele unei „familii” uriașe care include transformatoare monofazate, trifazate, step-down, step-up, de măsurare și multe alte tipuri de transformatoare. Scopul lor principal este de a converti una sau mai multe tensiuni de curent alternativ în alta pe baza inducției electromagnetice la o frecvență constantă.

Deci, pe scurt, cum funcționează cel mai simplu transformator monofazat. Este format din trei elemente principale - înfășurările primare și secundare și circuitul magnetic care le unește într-un singur întreg, pe care sunt, parcă, înșirate. Sursa este conectată exclusiv la înfășurarea primară, în timp ce înfășurarea secundară îndepărtează și transmite consumatorului tensiunea deja modificată.

Înfășurarea primară conectată la rețea creează un câmp electromagnetic alternativ în circuitul magnetic și formează un flux magnetic, care începe să circule între înfășurări, inducând o forță electromotoare (EMF) în ele. Valoarea sa depinde de numărul de spire din înfășurări. De exemplu, pentru a scădea tensiunea, este necesar să existe mai multe spire în înfășurarea primară decât în ​​secundar. Pe acest principiu funcționează transformatoarele step-down și step-up.

O caracteristică importantă a designului transformatorului este că miezul magnetic are o structură de oțel, iar înfășurările, de obicei de formă cilindrică, sunt izolate de acesta, nu sunt conectate direct între ele și au propriile marcaje.

Transformatoare de tensiune

Acesta este probabil cel mai numeros tip de familie de transformatoare. Pe scurt, funcția lor principală este de a face disponibilă pentru consum de către diverse dispozitive energia produsă în centralele electrice. În acest scop, există un sistem de transmisie a puterii constând din substații de transformare crescătoare și coborâtoare și linii electrice.

În primul rând, electricitatea produsă de centrală este furnizată unei substații de transformare (de exemplu, de la 12 la 500 kV). Acest lucru este necesar pentru a compensa pierderile inevitabile de energie electrică în timpul transportului pe distanțe lungi.

Următoarea etapă este o substație coborâtoare, de unde electricitatea este furnizată printr-o linie de joasă tensiune către un transformator coborât și apoi către consumator sub forma unei tensiuni de 220 V.

Dar munca transformatoarelor nu se termină aici. Majoritatea aparatelor electrice de uz casnic din jurul nostru - PC-uri, televizoare, imprimante, mașini de spălat automate, frigidere, cuptoare cu microunde, DVD-uri și chiar becurile cu economie de energie au transformatoare reducătoare. Un exemplu de transformator individual „de buzunar” este un încărcător de telefon mobil (smartphone).

Varietatea uriașă de dispozitive electronice moderne și funcțiile pe care le îndeplinesc corespund multor tipuri diferite de transformatoare. Aceasta nu este o listă completă a acestora: putere, impuls, sudare, separare, potrivire, rotație, trifazate, transformatoare de vârf, transformatoare de curent, toroidale, tijă și armătură.

Ce sunt ei, transformatoarele viitorului?

Industria transformatoarelor este considerată a fi destul de conservatoare. Cu toate acestea, trebuie să țină seama și de schimbările revoluționare din domeniul ingineriei electrice, unde nanotehnologia se face cunoscută din ce în ce mai tare. La fel ca multe alte dispozitive, acestea devin treptat mai inteligente.

O căutare activă este în desfășurare pentru noi materiale structurale – izolante și magnetice – care pot oferi o fiabilitate mai mare a echipamentelor transformatoare. O direcție ar putea fi utilizarea materialelor amorfe, care vor crește semnificativ siguranța și fiabilitatea la foc.

Vor apărea transformatoare rezistente la explozie și la foc în care bifenilii clorurati, folosiți la impregnarea materialelor electroizolante, vor fi înlocuiți cu lichide netoxice, dielectrice ecologice.

Un exemplu în acest sens sunt transformatoarele de putere SF6, în care funcția lichidului de răcire este îndeplinită de gaz SF6 neinflamabil, hexafluorură de sulf, în loc de uleiul de transformator departe de sigur.

Este o chestiune de timp să se creeze rețele electrice „inteligente” echipate cu transformatoare semiconductoare semiconductoare cu control electronic, cu ajutorul cărora va fi posibilă reglarea tensiunii în funcție de nevoile consumatorilor, în special, conectarea surselor regenerabile și industriale. sursele de alimentare către rețeaua de acasă sau, dimpotrivă, opriți-le pe cele inutile atunci când nu sunt necesare.

Un alt domeniu promițător îl reprezintă transformatoarele supraconductoare la temperatură joasă. Lucrările la crearea lor au început în anii 60. Principala problemă cu care se confruntă oamenii de știință este dimensiunea enormă a sistemelor criogenice necesare pentru a produce heliu lichid. Totul s-a schimbat în 1986, când au fost descoperite materiale supraconductoare la temperatură înaltă. Datorită lor, a devenit posibilă abandonarea dispozitivelor de răcire voluminoase.

Transformatoarele supraconductoare au o calitate unică: la densități mari de curent, pierderile în ele sunt minime, dar când curentul atinge valori critice, rezistența de la nivelul zero crește brusc.