Typer af transformere

En transformer er en statisk elektromagnetisk enhed, der indeholder to til flere spoler placeret på et fælles magnetisk kredsløb og dermed induktivt forbundet med hinanden. Den tjener som en transformator til at konvertere elektrisk energi fra vekselstrøm ved hjælp af elektromagnetisk induktion uden at ændre strømmens frekvens. Transformatorer bruges til både AC-spændingskonvertering og galvanisk isolering inden for forskellige områder inden for elektro- og elektronikteknik.

Retfærdigvis bemærker vi, at transformatoren i nogle tilfælde kun kan indeholde en vikling (autotransformer), og kernen kan være fuldstændig fraværende (HF — transformer), men de fleste af transformatorerne har en kerne (magnetisk kredsløb) lavet af blødt magnetisk ferromagnetisk materiale, og to eller flere isolerede bånd eller trådspoler dækket af en fælles magnetisk flux, men først i første omgang. Lad os se på, hvilke typer transformere det er, hvordan de er arrangeret, og hvad de bruges til.

Strømtransformer

Denne type lavfrekvente (50-60 Hz) transformere bruges i elektriske netværk såvel som i installationer til modtagelse og konvertering af elektrisk energi. Hvorfor kaldes det magt? For det er denne type transformer, der bruges til at levere og modtage strøm fra og fra elledninger, hvor spændingen kan nå op på 1150 kV.

I bynetværk når spændingen 10 kV. Præcis igennem kraftige lavfrekvente transformere spændingen falder også til de 0,4 kV, 380/220 volt, som forbrugerne kræver.

Strukturelt kan en typisk krafttransformator indeholde to, tre eller flere viklinger arrangeret på en pansret elektrisk stålkerne, med nogle af lavspændingsviklingerne ført parallelt (split-winding transformer).

Dette er nyttigt til at booste spændingen modtaget fra flere generatorer samtidigt. Som regel placeres krafttransformatoren i en tank med transformerolie, og ved særligt kraftige prøver tilføjes et aktivt kølesystem.

Trefasede krafttransformatorer med en kapacitet på op til 4000 kVA er installeret på transformerstationer og kraftværker. Trefaset er mere almindeligt, da tab opnås op til 15 % mindre end med tre enkeltfasede.

Nettransformator

I 1980'erne og 1990'erne kunne linjetransformere findes i næsten alle elektriske apparater. Ved hjælp af en nettransformator (normalt enfaset) reduceres spændingen i et 220 volt husholdningsnetværk med en frekvens på 50 Hz til det niveau, der kræves af et elektrisk apparat, for eksempel 5, 12, 24 eller 48 volt.

Linjetransformatorer er ofte lavet med flere sekundære viklinger, så flere spændingskilder kan bruges til at drive forskellige dele af kredsløbet. Især TN-transformatorer (glødelampetransformator) kunne altid (og kan stadig) findes i kredsløb, hvor der er radiorør til stede.

Moderne linjetransformatorer er konstrueret på W-formede, stangformede eller toroidale kerner af et sæt elektriske stålplader, hvorpå spolerne er viklet. Den ringformede form af det magnetiske kredsløb gør det muligt at opnå en mere kompakt transformer.

Hvis vi sammenligner transformatorer med samme samlede effekt af toroidale og W-formede kerner, vil den toroidale optage mindre plads, desuden er overfladen af ​​det toroidale magnetiske kredsløb fuldstændig dækket af viklingerne, der er ikke noget tomt åg, som det er sagen med pansrede W-formede eller stavlignende kerner. Det elektriske netværk omfatter især svejsetransformatorer med en effekt på op til 6 kW. Nettransformatorer er naturligvis klassificeret som lavfrekvente transformere.

Autotransformer

En type lavfrekvent transformator er en autotransformer, hvor den sekundære vikling er en del af den primære eller den primære er en del af den sekundære. Det vil sige, i autotransformeren er viklingerne forbundet ikke kun magnetisk, men også elektrisk. Flere ledninger er lavet af en spole og giver dig mulighed for at få forskellige spændinger fra kun en spole.

Den største fordel ved autotransformatoren er dens lavere omkostninger, da der bruges mindre ledning til viklingerne, mindre stål til kernen, og som et resultat er vægten mindre end en konventionel transformator.Ulempen er manglen på galvanisk isolering af spolerne.

Autotransformatorer bruges i automatiske kontrolenheder og er også meget udbredt i højspændingselektriske netværk. Trefasede autotransformatorer med delta- eller stjerneforbindelse i elektriske netværk er i dag meget efterspurgte.

Power autotransformatorer er tilgængelige i kapaciteter op til hundredvis af megawatt. Autotransformere bruges også til at starte kraftige AC-motorer. Autotransformere er især nyttige til lave transformationsforhold.

Laboratorie autotransformer

Et særligt tilfælde af en autotransformer er en laboratorie-autotransformer (LATR). Det giver dig mulighed for jævnt at justere den spænding, der leveres til brugeren. LATR-designet er toroidal transformer med en enkelt vikling, der har et uisoleret "spor" fra sving til sving, det vil sige, at det er muligt at forbinde til hver af viklingens vindinger. Sporkontakt er tilvejebragt af en glidende kulbørste, der styres af en drejeknap.

Så du kan få den effektive spænding med forskellige størrelser på belastningen. Typiske enkeltfasede drev giver dig mulighed for at acceptere spændinger fra 0 til 250 volt og trefasede - fra 0 til 450 volt. LATR'er med effekt fra 0,5 til 10 kW er meget populære i laboratorier med det formål at tune elektrisk udstyr.

Strømtransformer

Strømtransformer kaldes en transformer, hvis primærvikling er forbundet med en strømkilde og sekundærviklingen til beskyttelses- eller måleanordninger, der har lav indre modstand. Den mest almindelige type strømtransformer er en instrumentstrømtransformer.

Den primære vikling af strømtransformatoren (normalt kun en omgang, en ledning) er forbundet i serie i det kredsløb, hvor du vil måle vekselstrømmen. Det viser sig, at sekundærviklingens strøm er proportional med primærviklingens strøm, mens sekundærviklingen nødvendigvis skal belastes, for ellers kan sekundærviklingens spænding være høj nok til at bryde isoleringen. Også, hvis den sekundære vikling af CT'en åbner, vil det magnetiske kredsløb simpelthen brænde ud fra de inducerede ukompenserede strømme.

Konstruktionen af ​​strømtransformatoren er en kerne lavet af lamineret silicium koldvalset elektrisk stål, hvorpå en eller flere isolerede sekundære viklinger er viklet. Den primære vikling er ofte blot en samleskinne eller ledning med en målt strøm, der føres gennem vinduet i det magnetiske kredsløb (forresten, dette princip bruges af klemmemåler).Det vigtigste kendetegn ved en strømtransformator er transformationsforholdet, for eksempel 100/5 A.

Strømtransformatorer bruges i vid udstrækning til strømmåling og i relæbeskyttelseskredsløb. De er sikre, fordi de målte og sekundære kredsløb er galvanisk isoleret fra hinanden. Typisk fremstilles industrielle strømtransformatorer med to eller flere grupper af sekundære viklinger, hvoraf den ene er forbundet til beskyttelsesanordninger, den anden til en måleanordning, såsom målere.

Puls transformer

I næsten alle moderne netstrømforsyninger, i forskellige invertere, i svejsemaskiner og i andre strøm- og laveffekts elektriske omformere anvendes pulstransformatorer.I dag har pulskredsløb næsten fuldstændigt erstattet tunge lavfrekvente transformere med laminerede stålkerner.

En typisk pulstransformator er en ferritkernetransformator. Formen af ​​kernen (magnetisk kredsløb) kan være helt anderledes: ring, stang, kop, W-formet, U-formet. Fordelen ved ferritter i forhold til transformerstål er indlysende - ferritbaserede transformere kan fungere ved frekvenser op til 500 kHz eller mere.

Da pulstransformatoren er en højfrekvent transformer, reduceres dens dimensioner betydeligt, når frekvensen stiger. Der kræves mindre ledning til viklingerne, og feltstrømmen er tilstrækkelig til at opnå en højfrekvent strøm i den primære sløjfe, IGBT eller en bipolær transistor, nogle gange flere, afhængigt af topologien af ​​det pulserede strømforsyningskredsløb (frem - 1, push-pull - 2, halvbro - 2, bro - 4).

For at være retfærdig bemærker vi, at hvis der bruges et omvendt strømforsyningskredsløb, så er transformatoren i det væsentlige en dobbelt choker, da processerne med akkumulering og frigivelse af elektricitet i det sekundære kredsløb adskilles i tid, det vil sige, at de ikke fortsætter Samtidig er det derfor, med flyback-kontrolkredsløb, stadig en choker, men ikke en transformer.

Pulskredsløb med transformere og ferritdrosler findes overalt i dag, lige fra forkoblinger af energibesparende lamper og opladere af forskellige gadgets til svejsemaskiner og kraftige invertere.

Pulsstrømtransformer

For at måle størrelsen og (eller) strømretningen i impulskredsløb, bruges ofte impulsstrømtransformatorer, som er en ferritkerne, ofte ringformet (toroidformet), med én vikling.En ledning føres gennem kernens ring, hvor strømmen skal undersøges, og selve spolen belastes en modstand.

For eksempel indeholder ringen 1000 viklinger af ledning, så vil forholdet mellem strømmene af den primære (gevindtråd) og den sekundære vikling være 1000 til 1. Hvis ringens vikling belastes på en modstand af en kendt værdi, så vil spændingen målt over den være proportional med spolens strøm, hvilket betyder at den målte strøm er 1000 gange strømmen gennem denne modstand.

Industrien producerer impulsstrømtransformere med forskellige transformationsforhold. Designeren behøver kun at tilslutte en modstand og et målekredsløb til en sådan transformer. Hvis du vil vide retningen af ​​strømmen, ikke dens størrelse, oplades strømtransformatorens vikling simpelthen af ​​to modstående zenerdioder.

Kommunikation mellem elektriske maskiner og transformere

Elektriske transformere er altid inkluderet i de elektriske maskinkurser, der studeres i alle uddannelsesinstitutioners elektrotekniske specialer. I det væsentlige er en elektrisk transformer ikke en elektrisk maskine, men et elektrisk apparat, da der ikke er nogen bevægelige dele, hvis tilstedeværelse er et karakteristisk træk ved enhver maskine som en type mekanisme. Af denne grund er de nævnte kurser i for at undgå misforståelser, bør kaldes "elektriske maskiner og elektriske transformatorer kurser".

Inkluderingen af ​​transformere i alle elektriske maskinkurser er af to grunde.Den ene er af historisk oprindelse: de samme fabrikker, der byggede AC-elektriske maskiner, byggede også transformere, fordi blot tilstedeværelsen af ​​transformere gav AC-maskiner en fordel i forhold til DC-maskiner, hvilket i sidste ende førte til deres overvægt i industrien. Og nu er det umuligt at forestille sig en stor AC-installation uden transformere.

Men med udviklingen af ​​produktionen af ​​vekselstrømsmaskiner og transformere blev det nødvendigt at koncentrere produktionen af ​​transformere i specielle transformerfabrikker. Faktum er, at på grund af muligheden for at transmittere vekselstrøm ved hjælp af transformere over lange afstande, var stigningen i den højere spænding af transformere meget hurtigere end stigningen i spændingen på elektriske vekselstrømsmaskiner.

På det nuværende udviklingsstadium af elektriske vekselstrømsmaskiner er den højeste rationelle spænding for dem 36 kV. Samtidig nåede den højeste spænding i faktisk implementerede elektriske transformere 1150 kV. Så høje transformerspændinger og deres drift på luftledninger, der er udsat for lynnedslag, har ført til meget specifikke transformatorproblemer, som er fremmede for elektriske maskiner.

Dette førte til produktionen af ​​teknologiske problemer så forskellige fra de teknologiske problemer inden for elektroteknik, at adskillelsen af ​​transformere til selvstændig produktion blev uundgåelig. Dermed forsvandt den første grund - den industrielle forbindelse, der gjorde transformere tæt på elektriske maskiner -.

Den anden grund er af grundlæggende karakter og består i, at de i praksis anvendte elektriske transformatorer, såvel som de elektriske maskiner, er baseret på princippet om elektromagnetisk induktion (Faradays lov), — forbliver et urokkeligt bånd mellem dem. For at forstå mange fænomener i vekselstrømsmaskiner er et kendskab til de fysiske processer, der forekommer i transformatorer, absolut nødvendigt, og desuden kan teorien om en stor klasse af vekselstrømsmaskiner reduceres til teorien om transformere, som dermed letter deres teoretiske overvejelse.

Derfor indtager teorien om transformatorer i teorien om vekselstrømsmaskiner en stærk plads, hvoraf det dog ikke følger, at transformatorer kan kaldes elektriske maskiner. Derudover skal man huske på, at transformere har en anden målsætning og energikonverteringsproces end elektriske maskiner.

Formålet med en elektrisk maskine er at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi (generator) eller omvendt elektrisk energi til mekanisk energi (motor), imens har vi i en transformer at gøre med omdannelsen af ​​en type elektrisk vekselstrøm til vekselstrøm. nuværende elektrisk energi. strøm af en anden art.