Врсте трансформатора

Трансформатор је статички електромагнетни уређај који садржи два до неколико намотаја који се налазе на заједничком магнетном колу и тако индуктивно повезани један са другим. Служи као трансформатор за претварање електричне енергије из наизменичне струје помоћу електромагнетне индукције без промене фреквенције струје. Трансформатори се користе и за конверзију наизменичног напона и галванску изолацију у разним областима електротехнике и електронике.

Поштено ради, напомињемо да у неким случајевима трансформатор може садржати само један намотај (аутотрансформатор), а језгро може бити потпуно одсутно (ХФ — трансформатор), али већина трансформатора има језгро (магнетно коло) направљено од меки магнетни феромагнетни материјал, и две или више изоловане траке или намотаја жице покривене заједничким магнетним флуксом, али прво на првом месту. Погледајмо које су то врсте трансформатора, како су распоређени и за шта се користе.

Трафо

Овај тип нискофреквентних (50-60 Хз) трансформатора користи се у електричним мрежама, као и у инсталацијама за пријем и претварање електричне енергије. Зашто се то зове моћ? Зато што се управо овај тип трансформатора користи за снабдевање и пријем електричне енергије са и са далековода, где напон може да достигне 1150 кВ.

У градским електричним мрежама напон достиже 10 кВ. Кроз тачно моћни нискофреквентни трансформатори напон такође пада на 0,4 кВ, 380/220 волти које захтевају потрошачи.

Структурно, типичан енергетски трансформатор може да садржи два, три или више намотаја распоређених на оклопном језгру од електричног челика, са неким од нисконапонских намотаја који се напајају паралелно (трансформатор са подељеним намотајем).

Ово је корисно за повећање напона који се добија од више генератора истовремено. Енергетски трансформатор се по правилу поставља у резервоар са трансформаторским уљем, а код посебно снажних примерака додаје се активни систем хлађења.

Трофазни енергетски трансформатори снаге до 4000 кВА постављају се на трафостаницама и електранама. Трофазни су чешћи, јер се губици добијају и до 15% мањи него код три једнофазне.

Мрежни трансформатор

У 1980-им и 1990-им, линијски трансформатори су се могли наћи у скоро сваком електричном уређају. Уз помоћ мрежног трансформатора (обично једнофазног), напон кућне мреже од 220 волти са фреквенцијом од 50 Хз смањује се на ниво који је потребан за електрични апарат, на пример 5, 12, 24 или 48 волти.

Линијски трансформатори се често праве са више секундарних намотаја тако да се вишеструки извори напона могу користити за напајање различитих делова кола. Конкретно, ТН (трансформатор са жарном нити) трансформатори се увек могу (и још увек могу) наћи у колима где су присутне радио цеви.

Савремени линијски трансформатори се конструишу на језграма у облику слова В, штапића или тороида од сета електричних челичних плоча на које су намотани калемови. Тороидални облик магнетног кола омогућава добијање компактнијег трансформатора.

Ако упоредимо трансформаторе са истом укупном снагом језгра тороидног и В облика, тороидални ће заузети мање простора, осим тога, површина тороидног магнетног кола је потпуно покривена намотајима, нема празног јарма, као што је случај са оклопним језгрима у облику слова В или штапићима. Електрична мрежа укључује, посебно, трансформаторе за заваривање снаге до 6 кВ. Мрежни трансформатори се, наравно, класификују као нискофреквентни трансформатори.

Аутотрансформатор

Једна врста нискофреквентног трансформатора је аутотрансформатор у коме је секундарни намотај део примара или је примарни део секундара. То јест, у аутотрансформатору, намотаји су повезани не само магнетно, већ и електрично. Неколико проводника је направљено од једне завојнице и омогућава вам да добијете различите напоне из само једне завојнице.

Главна предност аутотрансформатора је његова нижа цена, јер се мање жице користи за намотаје, мање челика за језгро и као резултат тога је тежина мања од оне код конвенционалног трансформатора.Недостатак је недостатак галванске изолације намотаја.

Аутотрансформатори се користе у уређајима за аутоматско управљање, а такође се широко користе у високонапонским електричним мрежама. Трофазни аутотрансформатори са трофазним или звездастим прикључком у електричним мрежама данас су веома тражени.

Аутотрансформатори снаге су доступни у капацитетима до стотина мегавата. Аутотрансформатори се такође користе за покретање снажних мотора наизменичне струје. Аутотрансформатори су посебно корисни за ниске односе трансформације.

Лабораторијски аутотрансформатор

Посебан случај аутотрансформатора је лабораторијски аутотрансформатор (ЛАТР). Омогућава вам да глатко подесите напон који се испоручује кориснику. ЛАТР дизајн је тороидални трансформатор са једним намотајем који има неизоловану „траку“ од завоја до завоја, односно могуће је спојити на сваки од завоја намотаја. Контакт на стази обезбеђује клизна угљена четка која се контролише окретним дугметом.

Тако можете добити ефективни напон са различитим величинама на оптерећењу. Типични једнофазни погони вам омогућавају да прихватите напоне од 0 до 250 волти, а трофазни - од 0 до 450 волти. ЛАТР снаге од 0,5 до 10 кВ су веома популарни у лабораторијама за потребе подешавања електричне опреме.

Струјни трансформатор

Струјни трансформатор назива се трансформатор чији је примарни намотај повезан са извором струје а секундарни намотај са заштитним или мерним уређајима који имају мали унутрашњи отпор. Најчешћи тип струјног трансформатора је инструментни струјни трансформатор.

Примарни намотај струјног трансформатора (обично само један окрет, једна жица) је повезан серијски у коло у којем желите да мерите наизменичну струју. Испоставља се да је струја секундарног намотаја пропорционална струји примарног, док секундарни намотај мора нужно бити оптерећен, јер у супротном напон секундарног намотаја може бити довољно висок да разбије изолацију. Такође, ако се секундарни намотај ЦТ отвори, магнетно коло ће једноставно изгорети од индукованих некомпензованих струја.

Конструкција струјног трансформатора је језгро од ламинираног силиконског хладно ваљаног електричног челика на које је намотано један или више изолованих секундарних намотаја. Примарни намотај је често једноставно сабирница или жица са измереном струјом која пролази кроз прозор магнетног кола (успут, овај принцип користи стега метар).Главна карактеристика струјног трансформатора је однос трансформације, на пример 100/5 А.

Струјни трансформатори се широко користе за мерење струје и у круговима релејне заштите. Они су безбедни јер су мерни и секундарни круг галвански изоловани једно од другог. Типично, индустријски струјни трансформатори се производе са две или више група секундарних намотаја, од којих је један повезан са заштитним уређајима, а други са мерним уређајем, као што су бројила.

Импулсни трансформатор

У скоро свим савременим мрежним напајањима, у разним инверторима, у апаратима за заваривање и у другим енергетским и електричним претварачима мале снаге, користе се импулсни трансформатори.Данас су импулсна кола скоро у потпуности заменила тешке нискофреквентне трансформаторе са ламинираним челичним језгром.

Типичан импулсни трансформатор је трансформатор са феритним језгром. Облик језгра (магнетног кола) може бити потпуно другачији: прстен, шипка, чаша, у облику слова В, у облику слова У. Предност ферита у односу на трансформаторски челик је очигледна — трансформатори на бази ферита могу да раде на фреквенцијама до 500 кХз или више.

Пошто је импулсни трансформатор високофреквентни трансформатор, његове димензије се значајно смањују како се фреквенција повећава. За намотаје је потребно мање жице и струја поља је довољна да се добије струја високе фреквенције у примарној петљи, ИГБТ или биполарни транзистор, понекад и неколико, у зависности од топологије импулсног кола напајања (напред — 1, потисни-пулл — 2, полумост — 2, мост — 4).

Да будемо поштени, напомињемо да ако се користи коло за обрнуто напајање, онда је трансформатор у суштини двострука пригушница, пошто су процеси акумулације и ослобађања електричне енергије у секундарном колу временски раздвојени, односно не одвијају се истовремено, дакле, са повратним контролним кругом, он је и даље пригушница, али не и трансформатор.

Импулсна кола са трансформаторима и феритним пригушницама данас се налазе свуда, од пригушница штедљивих лампи и пуњача разних геџета, до апарата за заваривање и моћних инвертера.

Импулсни струјни трансформатор

За мерење величине и (или) смера струје у импулсним колима често се користе трансформатори импулсне струје, који су феритно језгро, често прстенасто (тороидно), са једним намотајем.Кроз прстен језгра је провучена жица, струја у којој се испитује, а сам калем је оптерећен на отпорник.

На пример, прстен садржи 1000 завоја жице, онда ће однос струја примарног (навојне жице) и секундарног намотаја бити 1000 према 1. Ако је намотај прстена оптерећен отпорником познате вредности, тада ће напон измерен преко њега бити пропорционалан струји завојнице, што значи да је измерена струја 1000 пута већа од струје кроз овај отпорник.

Индустрија производи импулсне струјне трансформаторе са различитим односима трансформације. Пројектант треба само да повеже отпорник и мерно коло на такав трансформатор. Ако желите да знате правац струје, а не њену величину, онда се намотај струјног трансформатора једноставно пуни од две супротне зенер диоде.

Комуникација између електричних машина и трансформатора

Електрични трансформатори су увек укључени у курсеве електричних машина који се изучавају у свим електротехничким специјалностима образовних установа. У суштини, електрични трансформатор није електрична машина, већ електрични апарат, пошто нема покретних делова чије је присуство карактеристично за сваку машину као врсту механизма.Из тог разлога, наведени курсеви, у да би се избегли неспоразуми, требало би да се назове „курсеви електричних машина и електричних трансформатора“.

Укључивање трансформатора у све курсеве електричних машина је из два разлога.Један је историјског порекла: исте фабрике које су градиле електричне машине наизменичне струје су правиле и трансформаторе, јер је само присуство трансформатора давало предност машинама на наизменичну струју у односу на ДЦ машине, што је на крају довело до њихове превласти у индустрији. А сада је немогуће замислити велику инсталацију наизменичне струје без трансформатора.

Међутим, развојем производње машина и трансформатора наизменичне струје, постало је неопходно концентрисати производњу трансформатора у специјалним фабрикама трансформатора. Чињеница је да је због могућности преноса наизменичне струје помоћу трансформатора на велике удаљености пораст вишег напона трансформатора био много бржи од повећања напона електричних машина наизменичне струје.

У тренутној фази развоја електричних машина наизменичне струје, највећи рационални напон за њих је 36 кВ. Истовремено, највећи напон у стварно реализованим електричним трансформаторима достигао је 1150 кВ. Овако високи напони трансформатора и њихов рад на надземним далеководима изложеним муњама довели су до врло специфичних проблема трансформатора који су страни електричним машинама.

То је довело до производње технолошких проблема толико различитих од технолошких проблема електротехнике да је одвајање трансформатора у независну производњу постало неизбежно. Тако је нестао први разлог — индустријска веза која је трансформаторе чинила блиским електричним машинама.

Други разлог је фундаменталне природе и састоји се у чињеници да су електрични трансформатори који се користе у пракси, као и електричне машине, засновани на принцип електромагнетне индукције (Фарадејев закон), — остаје непоколебљива веза међу њима. Истовремено, да би се разумели многи феномени у машинама наизменичне струје, неопходно је познавање физичких процеса који се дешавају у трансформаторима, а штавише, теорија велике класе машина наизменичне струје може се свести на теорију трансформатора, чиме се олакшава њихово теоријско разматрање.

Стога у теорији машина наизменичне струје снажно место заузима теорија трансформатора, из чега, међутим, не следи да се трансформатори могу назвати електричним машинама. Поред тога, треба имати у виду да трансформатори имају другачије постављање циљева и процес конверзије енергије од електричних машина.

Сврха електричне машине је да претвара механичку енергију у електричну енергију (генератор) или, обрнуто, електричну енергију у механичку енергију (мотор), док се у трансформатору бавимо претварањем једне врсте електричне енергије наизменичне струје у наизменичну енергију. струјна електрична енергија. струја друге врсте.