Com es disposa i funciona el transformador, quines característiques es tenen en compte durant el funcionament

En enginyeria elèctrica, electrònica i altres branques de l’enginyeria elèctrica aplicada, es dóna un paper important a les transformacions d’energia electromagnètica d’un tipus a un altre. Diversos dispositius transformadors, creats per a diverses tasques de producció, tracten aquest problema.

Alguns d'ells, amb el disseny més complex, realitzen la transformació de potents fluxos energètics d'alta tensió, per exemple. 500 o 750 quilovolts en 330 i 110 kV o en sentit contrari.

Altres treballen com a part dels dispositius de mida petita d’electrodomèstics, dispositius electrònics, sistemes d’automatització. També s’utilitzen àmpliament. en diverses fonts d'alimentació de dispositius mòbils.

Els transformadors només funcionen en circuits de CA de diferents freqüències i no estan destinats a ser utilitzats en circuits de corrent continu que utilitzin altres tipus de convertidors.

Els transformadors es divideixen en dos grups principals: monofàsic, alimentat per una xarxa de corrent altern monofàsic i trifàsic, alimentat per una xarxa de corrent altern trifàsic.

Els transformadors són de disseny molt divers. Els elements principals del transformador són: un nucli d’acer tancat (nucli magnètic), bobinatges i peces que s’utilitzen per connectar el circuit magnètic i les bobines amb bobinatges i instal·lar el transformador al dispositiu rectificador. La canonada del nucli està dissenyada per crear un camí tancat per al flux magnètic.

Les parts del circuit magnètic en què s’ubiquen els enrotllaments s’anomenen barres, i les parts sobre les quals no hi ha bobinats i que serveixen per tancar el flux magnètic en el circuit magnètic s’anomenen jugos. El material per al circuit magnètic del transformador és xapa elèctrica d’acer (acer del transformador). Aquest acer pot ser de diverses qualitats, gruixos, laminat en calent i en fred.

Principis generals de funcionament dels transformadors

Sabem que l’energia electromagnètica és inextricable. Però és habitual representar-lo en dos components:

1. elèctric;

2. magnètic.

És més fàcil entendre els fenòmens que es produeixen, descriure processos, fer càlculs, dissenyar diversos dispositius i circuits. Totes les seccions d’enginyeria elèctrica es dediquen a anàlisis separades del funcionament de circuits elèctrics i magnètics.

El corrent elèctric, com el flux magnètic, flueix només al llarg d’un circuit tancat amb resistència (elèctric o magnètic). És creat per forces aplicades externes: fonts de tensió de les energies corresponents.

Tanmateix, a l’hora de considerar els principis de funcionament dels dispositius transformadors, caldrà estudiar simultàniament tots dos factors i tenir en compte el seu efecte complex sobre la conversió de potència.

El transformador més senzill consisteix en dos enrotllaments realitzats per bobines d’un fil aïllat a través del qual flueix el corrent elèctric i una línia per a flux magnètic. Se sol anomenar nucli o nucli magnètic.

La tensió procedent de la font d’energia elèctrica U1 s’aplica a l’entrada d’un bobinatge, i des dels terminals del segon, després d’haver-se convertit en U2, se subministra a la càrrega R connectada.

Sota l'acció del voltatge U1 en el primer bobinat, un corrent I1 flueix a través d'un circuit tancat, el valor de la qual depèn de la impedància Z, que consta de dos components:

1. resistència activa dels cables del bobinat;

2. component reactiu amb caràcter inductiu.

La magnitud de la inductància té una gran influència en el funcionament del transformador.

L’energia elèctrica que flueix a través del bobinat primari en forma de corrent I1 és una part de l’energia electromagnètica, el camp magnètic de la qual està dirigit perpendicularment al moviment de càrregues o a la ubicació dels torns del filferro. El nucli del transformador es troba situat en el seu pla: el circuit magnètic, a través del qual el flux magnètic F.

Tot això es reflecteix clarament a la imatge i s’observa estrictament durant la fabricació. El propi circuit magnètic també està tancat, tot i que amb determinats propòsits, per exemple, per reduir el flux magnètic, es poden produir buits en ell, augmentant la seva resistència magnètica.

A causa del flux del corrent primari a través del bobinat, el component magnètic del camp electromagnètic penetra al circuit magnètic i circula per ell, creuant els girs del bobinat secundari, que es tanca a la resistència de sortida R.

Sota la influència del flux magnètic, un corrent elèctric I2 és induït en el bobinat secundari. El seu valor està afectat pel valor de la força de components magnètics aplicada i la impedància del circuit, inclosa la càrrega R connectada.

Quan el transformador funciona dins del circuit magnètic, es crea un flux magnètic comú F i els seus components F1 i F2.

Com s’ordena i funciona l’autotransformador

Entre els dispositius transformadors, són especialment populars les construccions simplificades, utilitzant no dues bobinades fetes per separat, sinó una comuna, dividida en seccions. S’anomenen autotransformadors.

El principi de funcionament d’un circuit d’aquest tipus ha estat pràcticament el mateix: l’energia electromagnètica d’entrada es converteix en sortida. Els corrents primaris I1 flueixen a través dels bobinatges de la bobinada W1, i els secundaris I2 flueixen a través de W2. El circuit magnètic proporciona una ruta per al flux magnètic F.

L’autotransformador té una connexió galvànica entre els circuits d’entrada i sortida. Com que no tota la potència aplicada de la font es converteix, sinó només una part d'ella, es crea una eficiència més alta que la d'un transformador convencional.

Aquests dissenys poden estalviar en materials: acer per al circuit magnètic, coure per a bobinats. Tenen menys pes i cost. Per tant, s'utilitzen efectivament en el sistema energètic a partir de 110 kV i més.

Pràcticament no hi ha diferències especials en els modes de funcionament del transformador i autotransformador.

Modes operatius del transformador

Durant el funcionament, qualsevol transformador pot estar en un dels estats següents:

• sense feina;

• mode classificat;

• al ralentí;

• curtcircuit;

• sobretensió.

Mode d'apagada

Per crear-lo, n’hi ha prou d’eliminar la tensió d’alimentació de la font d’energia elèctrica del bobinatge primari i excloure així el pas de corrent elèctric a través d’aquest, que sempre fan sense fallar amb dispositius similars.

Tanmateix, a la pràctica, quan es treballa amb estructures transformadores complexes, aquesta mesura no proporciona mesures de seguretat completament: la tensió pot romandre en els bobinats i causar danys a l’equip, posar en perill el personal a causa d’una exposició accidental a les descàrregues actuals.

Com pot passar això?

Per als transformadors de mida petita que funcionen com a font d'alimentació, tal com es mostra a la foto superior, la tensió externa no causarà cap dany. Simplement no té allà on treure d’allà. I en equips de potència s’ha de tenir en compte. Analitzarem dues causes comunes:

1. connectar una font d’electricitat externa;

2. l'efecte de la tensió induïda.

Primera opció

En transformadors complexos no s’utilitza un, sinó diversos enrotllaments que s’utilitzen en diferents circuits. Tots ells han de tenir tensió desconnectada.

A més, a les subestacions que funcionen de manera automàtica sense personal operatiu constant, es connecten transformadors addicionals als busos dels transformadors de potència, proporcionant les seves pròpies necessitats de la subestació amb una energia elèctrica de 0,4 kV.Estan dissenyats per a proteccions de potència, dispositius d'automatització, il·luminació, calefacció i altres finalitats.

Es diuen així - transformadors TSN o auxiliars. Si la tensió s’elimina de l’entrada del transformador de potència i els seus circuits secundaris estan oberts i es treballa al TSN, hi ha la possibilitat de transformació inversa quan la tensió de 220 volts des del costat baix penetra a l’altura a través dels busos d’energia connectats. Per tant, s’han d’apagar.

Acció de tensió induïda

Si una línia d’alta tensió que circula en tensió passa a prop dels autobusos del transformador apagat, els corrents que hi circulen poden induir tensió als busos. Cal aplicar mesures per eliminar-lo.

Mode de funcionament nominal

Aquest és l'estat normal del transformador durant el funcionament per al qual va ser creat. Els corrents de les bobines i les tensions que se'ls aplica corresponen als valors calculats.

El transformador en mode de càrrega nominal consumeix i converteix les capacitats corresponents als valors de disseny de tot el recurs previst per a ell.

Mode inactiu

Es crea quan es subministra tensió al transformador des de la font d’energia i la càrrega es desconnecta als terminals del bobinatge de sortida, és a dir, que el circuit està obert. Això elimina el flux de corrent a través del bobinat secundari.

El transformador en mode inactiu consumeix la menor potència possible, determinada per les seves característiques de disseny.

Mode de curtcircuit

Aquesta és la situació en què la càrrega connectada al transformador resulta escurçada, ben ajustada per cadenes amb resistències elèctriques molt baixes i tota l’alimentació de la font de tensió actua sobre ell.

En aquest mode, el flux d’enormes corrents de curtcircuit és pràcticament il·limitat. Tenen una energia tèrmica tremenda i són capaços de cremar cables o equips. A més, actuen fins que el circuit d’alimentació a través de l’enrotllament secundari o primari es crema, trencant-se en el punt més feble.

Aquest és el mode més perillós que es pot produir durant el funcionament del transformador i, en qualsevol moment, el moment més inesperat del temps. Es pot preveure el seu aspecte i el desenvolupament hauria de ser limitat. Amb aquesta finalitat, utilitzen proteccions que controlen l’excés de corrents admissibles de la càrrega i les apaguen el més ràpidament possible.

Mode de sobretensió

Els enrotllaments del transformador estan coberts d’una capa d’aïllament creada per funcionar sota un voltatge determinat. Durant el funcionament, es pot superar per diverses raons que sorgeixen tant a l’interior del sistema elèctric com a conseqüència de l’exposició a fenòmens atmosfèrics.

A la fàbrica, es determina el valor de l’excés de tensió admissible, que pot actuar sobre l’aïllament fins a diverses hores i sobretensions a curt termini creades pels transients durant el canvi d’equip.

Per evitar el seu impacte, creen protecció contra la sobretensió, que, en cas d’emergència, apagueu el circuit en mode automàtic o limiten els polsos de descàrrega.

Continuació de l'article:Els principals tipus de dissenys de transformadors

Comments

[#1 Ruslan]

Tan increïble!