A transzformátorok típusai

A transzformátor egy statikus elektromágneses eszköz, amely két-több tekercset tartalmaz, amelyek egy közös mágneses áramkörön helyezkednek el, és így induktív módon kapcsolódnak egymáshoz. Transzformátorként szolgál a váltakozó áramból származó elektromos energia átalakítására elektromágneses indukció segítségével az áram frekvenciájának megváltoztatása nélkül. A transzformátorokat mind a váltakozó feszültség átalakítására, mind a galvanikus leválasztás az elektromos és elektronikai mérnöki tudomány különböző területein.

Az igazság kedvéért megjegyezzük, hogy bizonyos esetekben a transzformátor csak egy tekercset tartalmazhat (autotranszformátor), és a mag teljesen hiányozhat (HF - transzformátor), de a legtöbb transzformátornak van egy magja (mágneses áramköre) lágy mágneses ferromágneses anyagés két vagy több szigetelt szalag vagy huzaltekercs, amelyet közös mágneses fluxus fed, de mindenekelőtt. Nézzük meg, milyen típusú transzformátorokról van szó, hogyan vannak elrendezve és mire használják őket.

Erőátviteli transzformátor

Az ilyen típusú alacsony frekvenciájú (50-60 Hz) transzformátorokat elektromos hálózatokban, valamint elektromos energia fogadására és átalakítására szolgáló berendezésekben használják. Miért hívják hatalomnak? Ugyanis ez a fajta transzformátor szolgál elektromos áram ellátására és fogadására távvezetékekről, ahol a feszültség elérheti az 1150 kV-ot.

A városi elektromos hálózatokban a feszültség eléri a 10 kV-ot. Pontosan keresztül nagy teljesítményű alacsony frekvenciájú transzformátorok a feszültség is leesik a fogyasztók által igényelt 0,4 kV-ra, 380/220 voltra.

Szerkezetileg egy tipikus teljesítménytranszformátor két, három vagy több tekercset tartalmazhat, amelyek egy páncélozott elektromos acél magon vannak elhelyezve, és néhány kisfeszültségű tekercs párhuzamosan táplálható (osztott tekercses transzformátor).

Ez hasznos a több generátortól kapott feszültség egyidejű növeléséhez. A teljesítménytranszformátort általában transzformátorolajos tartályba helyezik, és különösen erős minták esetén aktív hűtőrendszert adnak hozzá.

Az alállomásokon és erőműveken háromfázisú, legfeljebb 4000 kVA teljesítményű transzformátorokat telepítenek. A háromfázisúak gyakrabban fordulnak elő, mivel a veszteség akár 15%-kal kevesebb, mint a három egyfázisú esetében.

Hálózati transzformátor

Az 1980-as és 1990-es években szinte minden elektromos készülékben megtalálható volt a vonali transzformátor. Hálózati transzformátor (általában egyfázisú) segítségével az 50 Hz-es frekvenciájú, 220 voltos háztartási hálózat feszültsége az elektromos készülék által igényelt szintre, például 5, 12, 24 vagy 48 V-ra csökken.

A vonaltranszformátorokat gyakran több szekunder tekercssel készítik, így több feszültségforrás is használható az áramkör különböző részeinek táplálására. Különösen a TN (izzótranszformátor) transzformátorok mindig (és még mindig) megtalálhatók azokban az áramkörökben, ahol rádiócsövek vannak.

A modern vonali transzformátorokat elektromos acéllemezek W-alakú, rúd alakú vagy toroid magjaira építik fel, amelyekre a tekercsek fel vannak tekerve. A mágneses áramkör toroid alakja lehetővé teszi egy kompaktabb transzformátor előállítását.

Ha összehasonlítjuk az azonos toroid és W alakú mag összteljesítményű transzformátorokat, a toroid kevesebb helyet foglal el, ráadásul a toroid mágneses áramkör felületét teljesen lefedik a tekercsek, nincs üres járom, mint pl. az esetet páncélozott W alakú vagy rúdszerű magokkal. Az elektromos hálózatban különösen hegesztő transzformátorok találhatók, amelyek teljesítménye legfeljebb 6 kW. A hálózati transzformátorok természetesen a kisfrekvenciás transzformátorok közé tartoznak.

Autotranszformátor

Az alacsony frekvenciájú transzformátorok egyik típusa az autotranszformátor, amelyben a szekunder tekercs a primer, vagy a primer tekercs a szekunder tekercs része. Vagyis az autotranszformátorban a tekercsek nem csak mágnesesen, hanem elektromosan is vannak csatlakoztatva. Egy tekercsből több vezeték készül, és lehetővé teszi, hogy egyetlen tekercsről különböző feszültségeket kapjon.

Az autotranszformátor fő előnye az alacsonyabb költség, mivel kevesebb huzalt használnak a tekercsekhez, kevesebb acélt a maghoz, és ennek következtében kisebb a tömege, mint egy hagyományos transzformátoré.Hátránya a tekercsek galvanikus leválasztásának hiánya.

Az autotranszformátorokat automatikus vezérlőberendezésekben használják, és széles körben használják a nagyfeszültségű elektromos hálózatokban is. Az elektromos hálózatokban háromfázisú, delta- vagy csillagcsatlakozással rendelkező autotranszformátorokra ma nagy a kereslet.

A teljesítményautotranszformátorok akár több száz megawatt kapacitással is elérhetők. Az autotranszformátorokat nagy teljesítményű váltakozó áramú motorok indítására is használják. Az autotranszformátorok különösen hasznosak alacsony transzformációs arány esetén.

Laboratóriumi autotranszformátor

Az autotranszformátor speciális esete a laboratóriumi autotranszformátor (LATR). Lehetővé teszi a felhasználónak biztosított feszültség zökkenőmentes beállítását. A LATR kialakítás az toroid transzformátor egyetlen tekercseléssel, amelynek kanyarról kanyarra szigeteletlen "pályája" van, vagyis a tekercs mindegyik menetéhez csatlakoztatható. A sínérintkezést egy csúszó szénkefe biztosítja, amelyet egy forgatógomb vezérel.

Így a terhelésen különböző nagyságú effektív feszültséget kaphat. A tipikus egyfázisú meghajtók lehetővé teszik a 0 és 250 V közötti, a háromfázisú - 0 és 450 V közötti feszültségek fogadását. A 0,5-10 kW teljesítményű LATR-ek nagyon népszerűek a laboratóriumokban az elektromos berendezések hangolására.

Áramváltó

Áramváltó Olyan transzformátornak nevezzük, amelynek primer tekercsét egy áramforráshoz, a szekunder tekercset pedig alacsony belső ellenállású védő- vagy mérőeszközökhöz csatlakozik. Az áramváltók leggyakoribb típusa a műszeres áramváltó.

Az áramváltó primer tekercsét (általában csak egy fordulat, egy vezeték) sorba kötjük abban az áramkörben, amelyben a váltakozó áramot mérni kívánjuk. Kiderül, hogy a szekunder tekercs árama arányos a primer áramával, míg a szekunder tekercset feltétlenül terhelni kell, mert különben a szekunder tekercs feszültsége elég magas lehet ahhoz, hogy megszakítsa a szigetelést. Ezenkívül, ha a CT szekunder tekercse kinyílik, a mágneses áramkör egyszerűen kiég az indukált kompenzálatlan áramokból.

Az áramváltó felépítése rétegelt szilícium hidegen hengerelt elektromos acélból készült mag, amelyre egy vagy több szigetelt szekunder tekercs van feltekerve. A primer tekercs gyakran egyszerűen egy gyűjtősín vagy vezeték, amelynek mért árama áthalad a mágneses áramkör ablakán (egyébként ezt az elvet használják bilincsmérő).Az áramváltó fő jellemzője az átalakítási arány, például 100/5 A.

Az áramváltókat széles körben használják árammérésre és relévédelmi áramkörökben. Biztonságosak, mert a mért és a szekunder kör galvanikusan el van választva egymástól. Az ipari áramváltókat jellemzően két vagy több szekunder tekercscsoporttal gyártják, amelyek közül az egyik védőberendezésekhez, a másik mérőeszközhöz, például mérőberendezéshez csatlakozik.

Impulzus transzformátor

Szinte minden modern hálózati tápegységben, különféle inverterekben, hegesztőgépekben és egyéb teljesítmény- és kis teljesítményű elektromos átalakítókban impulzustranszformátorokat használnak.Napjainkban az impulzusáramkörök szinte teljesen felváltották a nehéz alacsony frekvenciájú transzformátorokat laminált acélmagokra.

Egy tipikus impulzustranszformátor egy ferritmagos transzformátor. A mag (mágneses áramkör) alakja teljesen eltérő lehet: gyűrű, rúd, csésze, W-alakú, U-alakú. A ferritek előnye a transzformátoracéllal szemben nyilvánvaló – a ferrit alapú transzformátorok akár 500 kHz-es vagy annál nagyobb frekvencián is működhetnek.

Mivel az impulzustranszformátor nagyfrekvenciás transzformátor, méretei jelentősen csökkennek a frekvencia növekedésével. Kevesebb vezetékre van szükség a tekercsekhez, és a téráram elegendő a nagyfrekvenciás áram létrehozásához a primer hurokban, IGBT vagy bipoláris tranzisztor, néha több is, az impulzusos tápáramkör topológiájától függően (előre - 1, push-pull - 2, félhíd - 2, híd - 4).

Az igazságosság kedvéért megjegyezzük, hogy ha fordított tápegységet használnak, akkor a transzformátor lényegében kettős fojtó, mivel a szekunder áramkörben az elektromosság felhalmozódása és felszabadulása időben elkülönül, vagyis nem megy végbe. egyidejűleg tehát a flyback vezérlő áramkörrel még mindig fojtó, de nem transzformátor.

Transzformátorokkal és ferrit fojtótekercsekkel ellátott impulzusáramkörök manapság mindenhol megtalálhatók, az energiatakarékos lámpák előtétjétől és a különféle eszközök töltőitől a hegesztőgépekig és a nagy teljesítményű inverterekig.

Impulzus áramváltó

Az impulzusáramkörökben az áram nagyságának és (vagy) irányának mérésére gyakran használnak impulzusáram-transzformátorokat, amelyek ferritmagúak, gyakran gyűrű alakúak (toroidálisak), egy tekercssel.A mag gyűrűjén egy vezetéket vezetnek át, amelyben az áramot kell vizsgálni, és magát a tekercset egy ellenállásra terhelik.

Például a gyűrű 1000 menetes vezetéket tartalmaz, akkor az elsődleges (menetes vezeték) és a szekunder tekercs áramainak aránya 1000:1. Ha a gyűrű tekercsét egy ismert értékű ellenállásra terheljük, akkor a rajta mért feszültség arányos lesz a tekercs áramával, ami azt jelenti, hogy a mért áram 1000-szerese az ezen az ellenálláson átmenő áramnak.

Az ipar különböző átalakítási arányú impulzusáram-transzformátorokat gyárt. A tervezőnek csak egy ellenállást és egy mérőáramkört kell csatlakoztatnia egy ilyen transzformátorhoz. Ha az áram irányát akarja tudni, nem a nagyságát, akkor az áramváltó tekercsét egyszerűen tölti két egymással szemben lévő zener dióda.

Kommunikáció elektromos gépek és transzformátorok között

A villamos transzformátorok mindig szerepelnek az oktatási intézmények összes villamosmérnöki szakán tanult villamosgép szakon. A villamos transzformátor lényegében nem elektromos gép, hanem elektromos berendezés, hiszen nincsenek benne mozgó alkatrészek, amelyek jelenléte minden gépre, mint mechanizmustípusra jellemző, ezért az említett tanfolyamok, a a félreértések elkerülése érdekében "villamos gépek és elektromos transzformátorok tanfolyamának" kell nevezni.

A transzformátorok beépítése az összes elektromos gépészeti tanfolyamba két okból van.Az egyik történelmi eredetű: ugyanazok a gyárak, amelyek váltakozó áramú elektromos gépeket építettek, transzformátorokat is építettek, mert a transzformátorok puszta jelenléte előnyt jelentett a váltakozó áramú gépeknek az egyenáramú gépekkel szemben, ami végül az iparági túlsúlyhoz vezetett. És most lehetetlen elképzelni egy nagy váltóáramú telepítést transzformátorok nélkül.

A váltakozó áramú gépek és transzformátorok gyártásának fejlődésével azonban szükségessé vált a transzformátorgyártás speciális transzformátorgyárakba való koncentrálása. A helyzet az, hogy a váltóáram transzformátorok segítségével történő nagy távolságra történő átvitelének lehetősége miatt a transzformátorok magasabb feszültségének növekedése sokkal gyorsabb volt, mint a váltakozó áramú elektromos gépek feszültségének növekedése.

A váltakozó áramú elektromos gépek fejlesztésének jelenlegi szakaszában a legmagasabb racionális feszültség 36 kV. Ugyanakkor a ténylegesen megvalósított villamos transzformátorokban a legmagasabb feszültség elérte az 1150 kV-ot. Az ilyen nagy transzformátorfeszültségek és a villámlásnak kitett felsővezetékeken való működésük nagyon specifikus transzformátorproblémákhoz vezetett, amelyek idegenek az elektromos gépeknél.

Ez az elektrotechnika technológiai problémáitól annyira eltérő technológiai problémák előállításához vezetett, hogy elkerülhetetlenné vált a transzformátorok önálló gyártásra való szétválasztása. Így az első ok – az ipari kapcsolat, amely a transzformátorokat az elektromos gépekhez közelítette – eltűnt.

A második ok alapvető természetű, és abban áll, hogy a gyakorlatban használt villamos transzformátorok, valamint az elektromos gépek Az elektromágneses indukció elve (Faraday törvénye), — megingathatatlan kötelék marad közöttük. Ugyanakkor a váltóáramú gépekben előforduló számos jelenség megértéséhez feltétlenül szükséges a transzformátorokban végbemenő fizikai folyamatok ismerete, ráadásul a váltakozó áramú gépek nagy osztályának elmélete a váltóáramú gépek elméletére redukálható. transzformátorok, mivel így megkönnyíti azok elméleti megfontolását.

Ezért a váltakozó áramú gépek elméletében erős helyet foglal el a transzformátorok elmélete, amiből azonban nem következik, hogy a transzformátorokat elektromos gépeknek lehetne nevezni. Emellett figyelembe kell venni, hogy a transzformátorok célkitőzése és energiaátalakítási folyamata más, mint az elektromos gépeké.

Az elektromos gép célja, hogy a mechanikai energiát elektromos energiává alakítsa (generátor), vagy fordítva, az elektromos energiát mechanikai energiává (motor), míg a transzformátorban egyfajta váltakozó áramú elektromos energia váltakozó árammá alakításával foglalkozunk. jelenlegi elektromos energia. másfajta áram.