ترانسفورماتور وسیله ای است که ولتاژ را تبدیل می کند جریان متناوب(افزایش یا کاهش). ترانسفورماتور از چند سیم پیچ (دو یا بیشتر) تشکیل شده است که بر روی یک هسته فرومغناطیسی مشترک پیچیده می شوند. اگر ترانسفورماتور فقط از یک سیم پیچ تشکیل شده باشد، به آن ترانسفورماتور خودکار می گویند. ترانسفورماتورهای جریان مدرن عبارتند از: میله ای، زرهی یا حلقوی. هر سه نوع ترانسفورماتور دارای ویژگی ها و قابلیت اطمینان مشابهی هستند، اما در نحوه ساخت آنها با یکدیگر تفاوت دارند.

در ترانسفورماتورهای میله ای، سیم پیچ بر روی هسته پیچیده می شود و در ترانسفورماتورهای میله ای، سیم پیچ در هسته قرار می گیرد. در یک ترانسفورماتور میله ای، سیم پیچ ها به وضوح قابل مشاهده هستند و فقط قسمت های پایین و بالایی از هسته قابل مشاهده هستند. هسته ترانسفورماتور زرهی تقریباً کل سیم پیچ را پنهان می کند. سیم پیچ های یک ترانسفورماتور میله ای به صورت افقی چیده شده اند، در حالی که این آرایش در ترانسفورماتور زرهی می تواند عمودی یا افقی باشد.

صرف نظر از نوع ترانسفورماتور، شامل سه بخش کاربردی زیر است: سیستم مغناطیسی ترانسفورماتور (هسته مغناطیسی)، سیم پیچ ها و سیستم خنک کننده.

اصل عملکرد ترانسفورماتور

در ترانسفورماتور مرسوم است که بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه تمایز قائل شوند. ولتاژ به سیم پیچ اولیه تامین می شود و ولتاژ از سیم پیچ ثانویه حذف می شود. عملکرد ترانسفورماتور بر اساس قانون فارادی (قانون القای الکترومغناطیسی) است: یک شار مغناطیسی متغیر با زمان در منطقه محدود شده توسط مدار، نیروی الکتروموتور ایجاد می کند. عکس آن نیز صادق است: یک جریان الکتریکی در حال تغییر، یک میدان مغناطیسی متغیر را القا می کند.

در ترانسفورماتور دو سیم پیچ وجود دارد: اولیه و ثانویه. سیم پیچ اولیه برق را از یک منبع خارجی دریافت می کند و ولتاژ از سیم پیچ ثانویه حذف می شود. جریان متناوب در سیم پیچ اولیه یک میدان مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می کند که به نوبه خود جریانی را در سیم پیچ ثانویه ایجاد می کند.

حالت های کار ترانسفورماتور

سه حالت کار ترانسفورماتور وجود دارد: حالت بیکار، حالت اتصال کوتاه، حالت کار. ترانسفورماتور "بیکار" است، زمانی که خروجی های سیم پیچ های ثانویه به هیچ کجا متصل نیستند. اگر هسته ترانسفورماتور از یک ماده مغناطیسی نرم ساخته شده باشد، جریان بدون بار نشان می دهد که چه تلفاتی در ترانسفورماتور به دلیل مغناطیس مجدد هسته و جریان های گردابی رخ می دهد.

در حالت اتصال کوتاه، خروجی های سیم پیچ ثانویه اتصال کوتاه دارند و ولتاژ کمی به سیم پیچ اولیه اعمال می شود، به طوری که جریان اتصال کوتاه با جریان نامی ترانسفورماتور برابر است. مقدار تلفات (قدرت) را می توان در صورتی محاسبه کرد که ولتاژ در سیم پیچ ثانویه در جریان اتصال کوتاه ضرب شود. چنین حالت ترانسفورماتور کاربرد فنی خود را در ترانسفورماتورهای ابزار پیدا می کند.

اگر باری به سیم‌پیچ ثانویه متصل شود، جریانی در آن ایجاد می‌شود و شار مغناطیسی را بر خلاف شار مغناطیسی در سیم‌پیچ اولیه القا می‌کند. اکنون در سیم پیچ اولیه، EMF منبع تغذیه و EMF القایی منبع تغذیه برابر نیستند، بنابراین جریان در سیم پیچ اولیه افزایش می یابد تا شار مغناطیسی به مقدار قبلی خود برسد.

برای یک ترانسفورماتور در حالت بار فعال، برابری درست است:
U_2/U_1=N_2/N_1، که در آن U2، U1 ولتاژهای لحظه ای در انتهای سیم پیچ های ثانویه و اولیه و N1، N2 تعداد دور سیم پیچ های اولیه و ثانویه هستند. اگر U2 > U1 به ​​ترانسفورماتور step-up می گویند و در غیر این صورت ترانسفورماتور کاهنده داریم. هر ترانسفورماتور معمولاً با عدد k مشخص می شود که k نسبت تبدیل است.

انواع ترانسفورماتور

انواع مختلفی از ترانسفورماتورها بسته به کاربرد و ویژگی های آنها وجود دارد. به عنوان مثال، در شبکه های الکتریکی شهرک ها، شرکت های صنعتی، ترانسفورماتورهای قدرت استفاده می شود که وظیفه اصلی آن کاهش ولتاژ در شبکه به طور کلی پذیرفته شده - 220 ولت است.

اگر ترانسفورماتور برای تنظیم جریان طراحی شده باشد، ترانسفورماتور جریان نامیده می شود و اگر دستگاه تنظیم ولتاژ باشد، ترانسفورماتور ولتاژ است. در شبکه های معمولی از ترانسفورماتورهای تک فاز استفاده می شود و در شبکه های دارای سه سیم (فاز، صفر، زمین) به ترانسفورماتور سه فاز نیاز است.

ترانسفورماتور خانگی 220 ولت برای حفاظت در نظر گرفته شده است لوازم خانگیاز نوسانات ولتاژ

ترانسفورماتور جوشکاری برای جداسازی شبکه های جوش و برق طراحی شده است تا ولتاژ شبکه را به مقدار مورد نیاز برای جوش کاهش دهد.

ترانسفورماتور روغن برای استفاده در شبکه هایی با ولتاژ بالای 6000 ولت در نظر گرفته شده است. طراحی ترانسفورماتور شامل: مدار مغناطیسی، سیم پیچ، مخزن و همچنین پوشش هایی با ورودی است. مدار مغناطیسی از 2 ورق فولادی الکتریکی تشکیل شده است که از یکدیگر عایق شده اند، سیم پیچ ها معمولا از آلومینیوم یا سیم مسی ساخته می شوند. تنظیم ولتاژ با استفاده از شاخه ای که به کلید متصل است انجام می شود.

دو نوع سوئیچینگ شاخه وجود دارد: سوئیچینگ تحت بار - OLTC (تنظیم تحت بار) و همچنین بدون بار، پس از قطع ترانسفورماتور از شبکه خارجی (PBV یا سوئیچینگ بدون تحریک). روش دوم تنظیم ولتاژ فراگیرتر شده است.

در مورد انواع ترانسفورماتورها، نمی توان در مورد ترانسفورماتور الکترونیکی صحبت نکرد. ترانسفورماتور الکترونیکییک منبع تغذیه تخصصی است که برای تبدیل ولتاژ 220 ولت به 12 (24) ولت در توان بالا استفاده می شود. یک ترانسفورماتور الکترونیکی بسیار کوچکتر از یک ترانسفورماتور معمولی با پارامترهای بار یکسان است.

معادلات ترانسفورماتور ایده آل

برای محاسبه مشخصات اصلی ترانسفورماتورها، مرسوم است که از معادلات ساده ای استفاده شود که هر دانش آموز امروزی می داند. برای این کار از مفهوم ترانسفورماتور ایده آل استفاده کنید. ترانسفورماتور ایده آل ترانسفورماتوری است که در آن هیچ اتلاف انرژی برای گرم کردن سیم پیچ ها و جریان های گردابی وجود نداشته باشد. در یک ترانسفورماتور ایده آل، انرژی مدار اولیه به طور کامل به انرژی میدان مغناطیسی و سپس به انرژی سیم پیچ ثانویه تبدیل می شود. به همین دلیل است که می توانیم بنویسیم:
P1=I1*U1=P2=I2*U2,
که در آن P1 و P2 به ترتیب توان جریان الکتریکی در سیم پیچ اولیه و ثانویه هستند.

هسته ترانسفورماتور

مدار مغناطیسی صفحه ای از فولاد الکتریکی است که میدان مغناطیسی ترانسفورماتور را متمرکز می کند. یک سیستم کاملاً مونتاژ شده با قطعاتی که ترانسفورماتور را در کنار هم نگه می دارد، هسته ترانسفورماتور است. قسمتی از مدار مغناطیسی که سیم پیچ ها به آن متصل شده اند، هسته ترانسفورماتور نامیده می شود. قسمتی از مدار مغناطیسی که سیم پیچ را حمل نمی کند و مدار مغناطیسی را می بندد یوغ نامیده می شود.

در یک ترانسفورماتور، میله ها را می توان به روش های مختلف مرتب کرد، بنابراین، چهار نوع مدار مغناطیسی (سیستم های مغناطیسی) وجود دارد: یک سیستم مغناطیسی تخت، یک سیستم مغناطیسی فضایی، یک سیستم مغناطیسی متقارن و یک سیستم مغناطیسی نامتقارن.

سیم پیچ ترانسفورماتور

حالا بیایید در مورد سیم پیچ ترانسفورماتور صحبت کنیم. قسمت اصلی سیم پیچ یک سیم پیچ است که یک بار به دور مدار مغناطیسی می پیچد و در آن یک میدان مغناطیسی القا می شود. در زیر سیم پیچ مجموع پیچ ها را درک کنید، EMF کل سیم پیچ برابر است با مجموع EMF در هر پیچ.

در ترانسفورماتورهای قدرت، سیم پیچ معمولاً از هادی هایی با مقطع مربع تشکیل می شود. چنین هادی به روشی دیگر مسکونی نیز نامیده می شود. هادی مربعی برای استفاده موثرتر از فضای داخل هسته استفاده می شود. می توان از کاغذ یا لاک مینا به عنوان عایق برای هر هسته استفاده کرد. دو هسته را می توان به هم متصل کرد و یک عایق داشته باشد - این طرح کابل نامیده می شود.

سیم پیچ ها از انواع زیر هستند: اصلی، تنظیم کننده و کمکی. سیم پیچ اصلی نامیده می شود که به آن جریان داده می شود یا از آن جریان خارج می شود (سیم پیچ های اولیه و ثانویه). سیم پیچی با سرب برای تنظیم نسبت تبدیل ولتاژ، سیم پیچ تنظیم کننده نامیده می شود.

کاربرد ترانسفورماتورها

از درس فیزیک مدرسه، مشخص شده است که تلفات برق در سیم‌ها با مجذور قدرت جریان نسبت مستقیم دارد. بنابراین، برای انتقال جریان در فواصل طولانی، ولتاژ افزایش یافته و قبل از عرضه به مصرف کننده، برعکس، ولتاژ کاهش می یابد. در مورد اول، ترانسفورماتورهای افزایش دهنده و در مورد دوم، ترانسفورماتورهای گام به گام مورد نیاز هستند. این کاربرد اصلی ترانسفورماتورها است.

ترانسفورماتورها همچنین در مدارهای برق برای لوازم خانگی استفاده می شوند. به عنوان مثال، تلویزیون ها از ترانسفورماتورهایی با چندین سیم پیچ (برای تغذیه مدارها، ترانزیستورها، کینسکوپ و غیره) استفاده می کنند.

1. عایق ترانسفورماتور مبتنی بر اشباع خلاء بدون ماتریکس است و در محیطی با رطوبت هوای بالا و در یک فضای تهاجمی شیمیایی عمل می کند.
2. حداقل آزاد شدن انرژی احتراق (به عنوان مثال، 43 کیلوگرم برای یک ترانسفورماتور 1600 کیلوولت آمپر معادل 1.1٪ وزن است). سایر مواد عایق عملا غیر قابل احتراق، خود خاموش شونده و فاقد هرگونه افزودنی سمی هستند.
3. مقاومت ترانسفورماتور در برابر آلودگی ناشی از دیسک های سیم پیچ همرفتی خود تمیز شونده.
4. خزش طولانی در سطح دیسک های سیم پیچ، که باعث ایجاد اثر موانع عایق می شود.
5. مقاومت ترانسفورماتور در برابر شوک حرارتی حتی در دماهای بسیار پایین (-50 درجه سانتیگراد).
6. بلوک های جداکننده سرامیکی (غیر قابل اشتعال) بین دیسک های سیم پیچ.
7. عایق هادی ها شیشه-ابریشم.
8. عملکرد ایمن ترانسفورماتور به دلیل ساختار سیم پیچ خاص تأثیر ولتاژ بر روی عایق هرگز از ولتاژ عایق (حداکثر 10 ولت) تجاوز نمی کند. تخلیه جزئی در عایق از نظر فیزیکی غیرممکن است.
9. خنک کننده ترانسفورماتور توسط کانال های خنک کننده عمودی و افقی انجام می شود و حداقل ضخامت عایق باعث می شود که ترانسفورماتور با اضافه بارهای کوتاه مدت زیاد در یک محفظه محافظ IP 45 بدون خنک کننده اجباری کار کند.
10. سیلندر عایق از مواد عملا غیر قابل احتراق و خود خاموش شونده ساخته شده است که با فایبرگلاس تقویت شده است.
11. سیم پیچ ولتاژ پایین از سیم استاندارد یا فویل؛ مس به عنوان ماده سیم پیچ استفاده می شود.
12. مقاومت دینامیکی ترانسفورماتور در برابر اتصال کوتاه توسط عایق های سرامیکی تامین می شود.

مبدل ها- مبدل های استاتیک الکترومغناطیسی انرژی الکتریکی.ترانسفورماتورها دستگاه های الکترومغناطیسی نامیده می شوند که برای تبدیل جریان متناوب یک ولتاژ به جریان متناوب ولتاژ دیگر در همان فرکانس و انتقال انرژی الکتریکی توسط وسایل الکترومغناطیسی از یک مدار به مدار دیگر عمل می کنند.

هدف اصلی ترانسفورماتورها- ولتاژ AC را تغییر دهید. از ترانسفورماتورها برای تبدیل تعداد فازها و فرکانس نیز استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای جریاندستگاه‌هایی نامیده می‌شوند که برای تبدیل جریان با هر بزرگی به جریان قابل اندازه‌گیری توسط دستگاه‌های معمولی و همچنین برای تغذیه رله‌ها و سیم‌پیچ‌های مختلف آهن‌رباهای الکتریکی طراحی شده‌اند. تعداد دور سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور جریان w2 > w1 است.

یکی از ویژگی های ترانسفورماتورهای جریان عملکرد آنها در حالت نزدیک به یک اتصال کوتاه است، زیرا سیم پیچ ثانویه آنها همیشه به یک مقاومت کوچک بسته است.

ترانسفورماتورهای ولتاژدستگاه هایی که برای تبدیل جریان متناوب ولتاژ بالا به جریان متناوب ولتاژ پایین و تامین سیم پیچ های موازی طراحی شده اند. ابزار اندازه گیریو رله اصل عملکرد و دستگاه ترانسفورماتورهای ولتاژ مشابه اصل عملکرد ترانسفورماتورهای قدرت است. تعداد دور سیم پیچ ثانویه w2< w1, так как все измерительные трансформаторы напряжения – понижающего типа.

یکی از ویژگی های عملکرد ترانسفورماتور اندازه گیری ولتاژ این است که سیم پیچ ثانویه آن همیشه به مقاومت بالا بسته می شود و ترانسفورماتور در حالت نزدیک به حالت بیکار عمل می کند ، زیرا دستگاه های متصل جریان کمی را مصرف می کنند.

گسترده ترین هستند ترانسفورماتورهای ولتاژ برقکه توسط صنعت برق با توان بیش از یک میلیون کیلوولت آمپر و برای ولتاژهای تا 1150 - 1500 کیلو ولت تولید می شوند.

برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی لازم است ولتاژ توربوژنراتورها و هیدروژنراتورهای نصب شده در نیروگاه ها از 16 تا 24 کیلوولت به ولتاژهای 110، 150، 220، 330، 500، 750 و 1150 کیلوولت مورد استفاده در خطوط انتقال افزایش یابد. و سپس دوباره آن را به 35 کاهش دهید. ده 6; 3; 0.66; 0.38 و 0.22 کیلو ولت برای استفاده از انرژی در صنعت، کشاورزی و زندگی روزمره.

از آنجایی که دگرگونی های متعددی در سیستم های انرژی رخ می دهد، قدرت ترانسفورماتورها 7-10 برابر بیشتر از توان نصب شده ژنراتورها در نیروگاه ها است.

ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً در فرکانس 50 هرتز تولید می شوند.

ترانسفورماتورهای کم توانبه طور گسترده در تاسیسات مختلف الکتریکی، سیستم های انتقال و پردازش اطلاعات، ناوبری و سایر دستگاه ها استفاده می شود. محدوده فرکانسی که ترانسفورماتورها می توانند در آن کار کنند از چند هرتز تا 105 هرتز است.

ترانسفورماتورها با توجه به تعداد فازها به تکفاز، دوفاز، سه فاز و چند فاز تقسیم می شوند.ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً در نسخه سه فاز تولید می شوند. برای استفاده در شبکه های تک فاز موجود است.

طبقه بندی ترانسفورماتورها بر اساس تعداد و طرح های اتصال سیم پیچ ها

ترانسفورماتورها دارای دو یا چند سیم پیچ هستند که به صورت القایی به یکدیگر کوپل شده اند. سیم پیچ هایی که از شبکه انرژی مصرف می کنند اولیه نامیده می شوند. سیم پیچ هایی که انرژی الکتریکی مصرف کننده را تامین می کنند ثانویه نامیده می شوند.

ترانسفورماتورهای چند فازدارای سیم پیچ هایی هستند که در یک ستاره یا چند ضلعی چند پرتو متصل شده اند. ترانسفورماتورهای سه فاز دارای اتصال در یک ستاره سه پرتو و یک مثلث هستند.

ترانسفورماتورهای گام به گام و کاهنده

بسته به نسبت ولتاژ روی سیم پیچ های اولیه و ثانویه، ترانسفورماتورها به دو دسته پله به بالا و پایین آمدن تقسیم می شوند. AT ترانسفورماتور افزایش دهنده سیم پیچ اولیهدارای ولتاژ پایین و ثانویه دارای ولتاژ بالا. AT ترانسفورماتور پایین آمدنبرعکس، سیم پیچ ثانویه دارای ولتاژ پایین و سیم پیچ اولیه دارای ولتاژ بالا است.

ترانسفورماتورهای دارای یک سیم پیچ اولیه و یک سیم پیچ ثانویه نامیده می شوند دو سیم پیچ. نسبتاً گسترده است سه ترانسفورماتور سیم پیچداشتن سه سیم پیچ برای هر فاز، به عنوان مثال دو سیم پیچ در سمت ولتاژ پایین، یکی در سمت ولتاژ بالا و یا برعکس. ترانسفورماتورهای چند فازممکن است چندین سیم پیچ ولتاژ بالا و پایین داشته باشد.

طبقه بندی ترانسفورماتورها بر اساس طراحی

از نظر طراحی، ترانسفورماتورهای قدرت به دو نوع اصلی تقسیم می شوند - روغنی و خشک.

AT ترانسفورماتورهای روغنیمدار مغناطیسی با سیم پیچ در یک مخزن پر از روغن ترانسفورماتور قرار می گیرد که عایق و خنک کننده خوبی است.

مطابق با اسناد نظارتی، ویژگی های طراحی ترانسفورماتور در تعیین نوع و سیستم های خنک کننده آن منعکس می شود.

نوع ترانسفورماتور:

• اتوترانسفورماتور (برای تک فاز O، برای سه فاز T) - A
• تقسیم سیم پیچ ولتاژ پایین - P
• حفاظت از دی الکتریک مایع با استفاده از یک پتو نیتروژن بدون منبسط کننده - Z
• نسخه رزین ریخته گری - L
• ترانسفورماتور سه سیم پیچ - T
• ترانسفورماتور با تعویض شیر - N
• ترانسفورماتور خشک با خنک کننده هوای طبیعی (معمولاً حرف دوم در نامگذاری نوع) یا نسخه برای نیازهای خود نیروگاه ها (معمولاً حرف آخر در نامگذاری نوع) - C
• ورودی کابل - K
• ورودی فلنج (برای TS کامل) - F

سیستم های خنک کننده برای ترانسفورماتورهای خشک:

• هوای طبیعی با طراحی باز - C
• هوای طبیعی با طراحی محافظت شده - SZ
• هوای طبیعی با طراحی هرمتیک - SG
• هوا با گردش هوای اجباری - SD

سیستم های خنک کننده برای ترانسفورماتورهای روغن:

• گردش هوا و روغن طبیعی - M
• گردش هوای اجباری و گردش طبیعی روغن - D
• گردش هوای طبیعی و گردش روغن اجباری با جریان روغن غیر جهت دار - MC
• گردش هوای طبیعی و گردش اجباری روغن با جریان روغن جهت دار - NMC
• گردش هوا و روغن اجباری با جریان روغن غیر جهت دار - DC
• گردش هوا و روغن اجباری با جریان روغن جهت دار - NDC
• گردش اجباری آب و روغن با جریان روغن غیر جهت دار - C
• گردش اجباری آب و روغن با جریان روغن جهت دار - NC

سیستم های خنک کننده برای ترانسفورماتور با دی الکتریک مایع غیر قابل اشتعال:

• خنک کننده دی الکتریک مایع با گردش هوای اجباری - ND
• خنک سازی توسط دی الکتریک مایع غیر قابل احتراق با گردش هوای اجباری و جریان مستقیم دی الکتریک مایع - NND

تصور اینکه ترانسفورماتور چیست، کجا درگیر است، هدف از عناصر طراحی آن برای شخصی که با برق آشنا نیست دشوار است.

اطلاعات کلی در مورد دستگاه

ترانسفورماتور یک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن است که برای تبدیل یک جریان فرکانس متغیر با یک ولتاژ به جریان متناوب با ولتاژ متفاوت، اما با فرکانس یکسان، بر اساس پدیده القای الکترومغناطیسی طراحی شده است.

دستگاه ها در تمام زمینه های فعالیت انسانی استفاده می شوند: صنعت برق، مهندسی رادیو، صنعت رادیو الکترونیک، حوزه خانگی.

طرح

دستگاه ترانسفورماتور وجود یک یا چند سیم پیچ منفرد (نوار یا سیم) را در زیر یک شار مغناطیسی واحد که بر روی یک هسته ساخته شده از آهنربا پیچیده شده است، فرض می کند.

مهمترین قسمت های سازه ای به شرح زیر است:

• سیم پیچی؛
• قاب؛
• مدار مغناطیسی (هسته)؛
• سیستم خنک کننده؛
• سیستم عایق؛
• قطعات اضافی لازم برای اهداف حفاظتی، برای نصب، فراهم کردن دسترسی به قطعات خروجی.

در دستگاه ها، اغلب می توانید دو نوع سیم پیچ را ببینید: اولیه، که جریان الکتریکی را از منبع تغذیه خارجی دریافت می کند، و ثانویه، که ولتاژ از آن حذف می شود.

هسته تماس معکوس بهبود یافته سیم پیچ ها را فراهم می کند، مقاومت کمتری در برابر شار مغناطیسی دارد.

برخی از انواع دستگاه هایی که با فرکانس فوق العاده بالا و بالا کار می کنند بدون هسته تولید می شوند.

تولید دستگاه ها در سه مفهوم اصلی سیم پیچ ایجاد می شود:

• زره پوش؛
• حلقوی
• میله

دستگاه ترانسفورماتور میله ای به این معنی است که سیم پیچ سیم پیچ روی هسته کاملاً افقی است. در دستگاه های زرهی، در یک مدار مغناطیسی قرار می گیرد که به صورت افقی یا عمودی قرار می گیرد.

قابلیت اطمینان، عملکرد، طراحی و اصل عملکرد ترانسفورماتور بدون هیچ گونه تأثیری بر اصل ساخت آن پذیرفته شده است.

اصل عملیات

اصل عملکرد ترانسفورماتور بر اساس اثر القای متقابل است. جریان یک جریان فرکانس متغیر از منبع تغذیه شخص ثالث به ورودی های سیم پیچ اولیه، یک میدان مغناطیسی در هسته با شار متغیری را تشکیل می دهد که از سیم پیچ ثانویه عبور می کند و باعث ایجاد نیروی الکتروموتور در آن می شود. اتصال کوتاه سیم پیچ ثانویه روی گیرنده برق باعث عبور جریان الکتریکی از گیرنده به دلیل تأثیر نیروی الکتروموتور می شود، در عین حال جریان بار در سیم پیچ اولیه تشکیل می شود.

هدف ترانسفورماتور انتقال انرژی الکتریکی تبدیل شده (بدون تغییر فرکانس آن) به سیم پیچ ثانویه از سیم پیچ اولیه با ولتاژ مناسب برای عملکرد مصرف کنندگان است.

طبقه بندی بر اساس نوع

قدرت

ترانسفورماتور برق جریان متناوب وسیله ای است که برای تبدیل برق در شبکه های تامین و تاسیسات الکتریکی با توان قابل توجه استفاده می شود.

نیاز به نیروگاه ها با تفاوت جدی در ولتاژهای عملیاتی خطوط اصلی برق و شبکه های شهری که به مصرف کنندگان نهایی می رسد، توضیح داده می شود که برای عملکرد ماشین ها و مکانیسم هایی که با برق کار می کنند مورد نیاز است.

اتوترانسفورماتورها

دستگاه و اصل عملکرد ترانسفورماتور در این طرح مستلزم جفت شدن مستقیم سیم پیچ های اولیه و ثانویه است، به همین دلیل، الکترومغناطیسی و تماس الکتریکی. سیم پیچ دستگاه ها حداقل سه خروجی دارند که از نظر ولتاژ متفاوت هستند.

مزیت اصلی این دستگاه ها را باید بازده خوب نامید، زیرا تمام توان تبدیل نمی شود - این برای تفاوت های کوچک در ولتاژ ورودی و خروجی قابل توجه است. منهای - جدا نشدن مدارهای ترانسفورماتور (عدم جداسازی) در بین خود.

ترانسفورماتورهای جریان

این اصطلاح برای نشان دادن دستگاهی استفاده می شود که مستقیماً از منبع برق تغذیه می شود، که برای کاهش جریان الکتریکی اولیه به مقادیر مناسب برای دستگاه هایی که در مدارهای اندازه گیری و حفاظتی، سیگنالینگ، ارتباطات استفاده می شود، استفاده می شود.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتورهای جریان، که دستگاه آن عدم وجود اتصالات گالوانیکی را فراهم می کند، به مداری با جریان الکتریکی متناوب برای تعیین وصل می شود و ابزارهای اندازه گیری الکتریکی به سیم پیچ ثانویه متصل می شوند. جریان الکتریکی که از آن عبور می کند تقریباً مطابق با جریان سیم پیچ اولیه است که بر نسبت تبدیل تقسیم می شود.

ترانسفورماتورهای ولتاژ

هدف این دستگاه ها کاهش ولتاژ در مدارهای اندازه گیری، اتوماسیون و حفاظت رله می باشد. چنین مدارهای اندازه گیری محافظ و الکتریکی در دستگاه ها برای اهداف مختلفجدا شده از مدارهای ولتاژ بالا

نبض

این نوع ترانسفورماتورها برای تغییر پالس های ویدئویی کوتاه مدت مورد نیاز هستند، که معمولاً تکرار می شوند. دورهی معینبا چرخه کاری قابل توجه، با تغییر در شکل آنها به حداقل کاهش می یابد. هدف از استفاده، انتقال یک ضربه الکتریکی متعامد با شیب دارترین قطع و جلو، یک نشانگر دامنه ثابت است.

نیاز اصلی برای دستگاه ها از این نوع، عدم وجود اعوجاج هنگام انتقال شکل پالس های ولتاژ تبدیل شده است. عمل یک ولتاژ به شکلی در ورودی باعث می شود که یک پالس ولتاژی با شکل یکسان در خروجی به دست آید، اما احتمالاً با محدوده متفاوت یا قطبیت معکوس.

تقسيم كردن

این که ترانسفورماتور ایزوله چیست بر اساس تعریف خود مشخص می شود - این دستگاهی با سیم پیچ اولیه است که به طور الکتریکی از سیم پیچی متصل نیست (یعنی جدا شده است).

دو نوع از این دستگاه ها وجود دارد:

• قدرت؛
• علامت.

برق برای بهبود قابلیت اطمینان شبکه های برق در صورت اتصال غیرمنتظره همزمان با زمین و قطعات حامل جریان یا عناصر غیر حامل جریان که به دلیل خرابی عایق برق شده اند استفاده می شود.

برای اطمینان از سیگنالینگ استفاده می شود جداسازی گالوانیکیمدارهای الکتریکی.

تطابق

نحوه عملکرد این نوع ترانسفورماتور نیز از نام آن مشخص است. دستگاه های تطبیق به دستگاه هایی گفته می شود که برای تطبیق مقاومت عناصر جداگانه مدارهای الکتریکی با حداقل تغییر در شکل سیگنال استفاده می شوند. همچنین، دستگاه هایی از این نوع برای حذف فعل و انفعالات گالوانیکی بین بخش های جداگانه مدارها استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای اوج

اصل عملکرد ترانسفورماتورهای پیک مبتنی بر تبدیل ماهیت ولتاژ، از سینوسی ورودی به پالسی است. قطبیت پس از انتقال پس از نیم دوره تغییر می کند.

خفه دوتایی

هدف، دستگاه و اصل کار آن، به عنوان یک ترانسفورماتور، کاملاً مشابه دستگاه هایی با یک جفت سیم پیچ مشابه است، که در این مورد، کاملاً یکسان هستند، در جهت مخالف یا در هماهنگی پیچیده می شوند.

دیدن این نام نیز رایج است این دستگاه، مانند یک فیلتر القایی شمارنده. این محدوده دستگاه را نشان می دهد - فیلتر ولتاژ ورودی در منابع تغذیه، تجهیزات صوتی، دستگاه های دیجیتال.

حالت های عملیاتی

بیکار (XX)

این دستور عملیات از باز شدن شبکه ثانویه اجرا می شود و پس از آن جریان الکتریکی در آن متوقف می شود. یک جریان بیکار در سیم پیچ اولیه جریان دارد، عنصر تشکیل دهنده آن جریان مغناطیسی است.

هنگامی که جریان ثانویه صفر است، نیروی الکتروموتور القایی در سیم پیچ اولیه ولتاژ منبع تغذیه را به طور کامل جبران می کند و بنابراین، اگر جریان های بار از بین بروند، جریان عبوری از سیم پیچ اولیه از نظر مقدار با جریان مغناطیسی مطابقت دارد. .

هدف عملکردی ترانسفورماتورهای بیکار تعیین مهمترین پارامترهای آنها است:

• شاخص تحول؛
• تلفات در مدار مغناطیسی

حالت بارگذاری

حالت با عملکرد دستگاه مشخص می شود زمانی که ولتاژ به ورودی های مدار اولیه اعمال می شود و بار در مدار ثانویه وصل می شود. جریان بارگذاری از طریق "ثانویه" و در اولیه - جریان بار کل و جریان بیکار می رود. این حالت عملکرد برای دستگاه غالب در نظر گرفته می شود.

قانون اساسی emf القایی به این سوال پاسخ می دهد که ترانسفورماتور در حالت اصلی چگونه کار می کند. اصل به شرح زیر است: اعمال بار به سیم پیچ ثانویه باعث تشکیل یک شار مغناطیسی در مدار ثانویه می شود که جریان الکتریکی بارگذاری را در هسته تشکیل می دهد. در جهت مخالف جریان خود که توسط سیم پیچ اولیه ایجاد می شود هدایت می شود. در مدار اولیه، برابری نیروهای الکتروموتور منبع برق و القاء رعایت نمی شود؛ در سیم پیچ اولیه، جریان الکتریکی افزایش می یابد تا شار مغناطیسی به مقدار اولیه خود بازگردد.

اتصال کوتاه (اتصال کوتاه)

انتقال دستگاه به این حالت با اتصال کوتاه مدار ثانویه انجام می شود. اتصال کوتاه - نوع خاصی از بار، بار اعمال شده - مقاومت سیم پیچ ثانویه - تنها یک است.

اصل کار ترانسفورماتور در حالت اتصال کوتاه به شرح زیر است: ناچیز ولتاژ AC، نتیجه گیری ثانویه اتصال کوتاه است. ولتاژ ورودی به گونه ای تنظیم می شود که مقدار جریان بسته شدن با مقدار جریان الکتریکی نامی دستگاه مطابقت داشته باشد. مقدار ولتاژ تلفات انرژی ناشی از گرمایش سیم پیچ ها و همچنین مقاومت فعال را تعیین می کند.

این حالت برای ابزارهای اندازه گیری معمولی است.

با توجه به انواع دستگاه ها و انواع هدف ترانسفورماتورها، می توان با اطمینان گفت که امروزه آنها دستگاه های ضروری هستند که تقریباً در همه جا مورد استفاده قرار می گیرند که پایداری و دستیابی به مقادیر ولتاژ مورد نیاز را برای مصرف کننده، چه شبکه های عمرانی و چه شبکه های صنعتی تضمین می کنند. شرکت ها

شاید کسی فکر کند که ترانسفورماتور چیزی بین ترانسفورماتور و ترمیناتور است. هدف این مقاله از بین بردن چنین ایده هایی است.

ترانسفورماتور یک دستگاه الکترومغناطیسی ساکن است که برای تبدیل یک جریان الکتریکی متناوب با یک ولتاژ و فرکانس معین به جریان الکتریکی با ولتاژ دیگر و فرکانس مشابه طراحی شده است.

عملکرد هر ترانسفورماتور بر اساس پدیده ای است که فارادی کشف کرده است.

هدف از ترانسفورماتورها

انواع مختلفی از ترانسفورماتورها تقریباً در تمام مدارهای منبع تغذیه برای وسایل برقی و در انتقال برق در فواصل طولانی استفاده می شود.

نیروگاه ها جریانی با ولتاژ نسبتا کم تولید می کنند - 220 , 380 , 660 ب. ترانسفورماتورها، افزایش ولتاژ به مقادیر سفارش هزار کیلو ولتمی تواند تلفات انتقال برق در فواصل طولانی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و در عین حال سطح مقطع خطوط انتقال نیرو را کاهش دهد.

درست قبل از رسیدن به مصرف کننده (به عنوان مثال، به یک پریز خانه معمولی)، جریان از یک ترانسفورماتور کاهنده عبور می کند. اینگونه است که ما همیشگی خود را بدست می آوریم 220 ولت

رایج ترین نوع ترانسفورماتور است ترانسفورماتورهای قدرت . آنها برای تبدیل ولتاژ در مدارهای الکتریکی طراحی شده اند. علاوه بر ترانسفورماتورهای قدرت، دستگاه های الکترونیکی مختلف از موارد زیر استفاده می کنند:

• ترانسفورماتور پالس؛
• ترانسفورماتور قدرت؛
• ترانسفورماتورهای جریان

اصل عملکرد ترانسفورماتور

ترانسفورماتورها تک فاز و چند فاز با یک، دو یا چند سیم پیچ هستند. طرح و اصل عملکرد ترانسفورماتور را با استفاده از مثال ساده ترین ترانسفورماتور تک فاز در نظر بگیرید.

ترانسفورماتور از چه چیزی ساخته شده است؟ در ساده ترین حالت، از یک فلز هسته و دو سیم پیچ . سیم پیچ ها به یکدیگر متصل نیستند و سیم های عایق هستند.

یک سیم پیچ (به آن می گویند اولیه ) به منبع برق AC متصل است. سیم پیچ دوم نامیده می شود ثانوی ، به مصرف کننده نهایی جریان متصل می شود.

هنگامی که یک ترانسفورماتور به یک منبع AC متصل می شود، یک جریان متناوب در پیچ های سیم پیچ اولیه آن جریان می یابد. I1 . این یک شار مغناطیسی ایجاد می کند اف ، که در هر دو سیم پیچ نفوذ می کند و باعث القای emf در آنها می شود.

اتفاق می افتد که سیم پیچ ثانویه تحت بار نیست. به این حالت کار ترانسفورماتور حالت بیکار می گویند. بر این اساس، اگر سیم پیچ ثانویه به هر مصرف کننده ای متصل شود، جریانی از آن عبور می کند I2 ، که تحت تأثیر EMF ایجاد می شود.

بزرگی EMF که در سیم‌پیچ‌ها اتفاق می‌افتد مستقیماً به تعداد چرخش هر سیم‌پیچ بستگی دارد. نسبت EMF القا شده در سیم پیچ های اولیه و ثانویه نسبت تبدیل نامیده می شود و برابر است با نسبت تعداد چرخش سیم پیچ های مربوطه.

با انتخاب تعداد دور سیم پیچ ها، می توان ولتاژ مصرف کننده جریان را از سیم پیچ ثانویه کم یا زیاد کرد.

ترانسفورماتور ایده آل

ترانسفورماتور ایده آل ترانسفورماتوری است که در آن اتلاف انرژی وجود نداشته باشد. در چنین ترانسفورماتوری، انرژی جریان در سیم پیچ اولیه به طور کامل ابتدا به انرژی میدان مغناطیسی و سپس به انرژی سیم پیچ ثانویه تبدیل می شود.

البته چنین ترانسفورماتوری در طبیعت وجود ندارد. با این وجود، در مواردی که می توان از تلفات گرما چشم پوشی کرد، استفاده از فرمول یک ترانسفورماتور ایده آل در محاسبات راحت است که بر اساس آن قدرت های فعلی در سیم پیچ های اولیه و ثانویه برابر است.

راستی! برای خوانندگان ما اکنون 10٪ تخفیف در نظر گرفته شده است

تلفات انرژی در ترانسفورماتور

راندمان ترانسفورماتورها بسیار بالاست. با این حال، تلفات انرژی در سیم پیچ و هسته رخ می دهد و باعث افزایش دما در حین کار ترانسفورماتور می شود. برای ترانسفورماتورهای قدرت کوچک، این مشکلی نیست و تمام گرما به سمت آن می رود محیط- خنک کننده هوای طبیعی استفاده می شود. چنین ترانسفورماتورهایی خشک نامیده می شوند.

در ترانسفورماتورهای قوی تر خنک کننده هواکافی نیست و خنک کننده روغن اعمال می شود. در این حالت ترانسفورماتور در یک مخزن روغن معدنی قرار می گیرد که از طریق آن گرما به دیواره های مخزن منتقل شده و در محیط پخش می شود. در ترانسفورماتورهای پرقدرت، از لوله های اگزوز نیز استفاده می شود - اگر روغن بجوشد، گازهای حاصل نیاز به خروجی دارند.

البته، ترانسفورماتورها به همان اندازه که در نگاه اول به نظر می رسد ساده نیستند - پس از همه، ما به طور خلاصه اصل ترانسفورماتور را بررسی کردیم. یک آزمایش مهندسی برق با وظایف محاسباتی ترانسفورماتور می تواند ناگهان به یک مشکل واقعی تبدیل شود. همیشه آماده برای کمک به حل هر مشکلی در مورد تحصیل خود هستید! با Zaochnik تماس بگیرید و به راحتی یاد بگیرید!

با اختراع ترانسفورماتور، علاقه فنی به جریان متناوب وجود داشت. مهندس برق روسی میخائیل اوسیپوویچ دولیوو-دوبروولسکی در سال 1889 یک سیستم جریان متناوب سه فاز با سه سیم را پیشنهاد کرد (سیستم جریان متناوب سه فاز با شش سیم توسط نیکولا تسلا اختراع شد، ثبت اختراع شماره ایالات متحده، اولین سه فاز ناهمزمان را ساخت. موتور با سیم پیچ قفس سنجاب قفس و سیم پیچ سه فاز روی روتور (موتور ناهمزمان سه فاز اختراع شده توسط نیکولا تسلا، ثبت اختراع ایالات متحده شماره با سه میله مدار مغناطیسی واقع در همان صفحه. در نمایشگاه برق در فرانکفورت در سال 1891، Dolivo-Dobrovolsky یک انتقال انرژی ولتاژ بالا سه فاز آزمایشی به طول 175 کیلومتر را به نمایش گذاشت. ژنراتور سه فاز دارای توان 230 کیلووات در ولتاژ 95 ولت بود.

در اوایل دهه 1900، محقق متالورژیست انگلیسی، رابرت هادفیلد، مجموعه ای از آزمایشات را برای تعیین تأثیر مواد افزودنی بر خواص آهن انجام داد. تنها چند سال بعد او موفق شد اولین تن فولاد ترانسفورماتور را با افزودنی های سیلیکونی به مشتریان عرضه کند.

جهش عمده بعدی در فناوری تولید هسته در اوایل دهه 1930 انجام شد، زمانی که متالورژیست آمریکایی، نورمن پی گراس، ثابت کرد که تحت اثر ترکیبی نورد و گرمایش، فولاد سیلیکونی خواص مغناطیسی خارق‌العاده‌ای در جهت نورد ایجاد کرد: اشباع مغناطیسی با افزایش یافت. 50 درصد، تلفات هیسترزیس 4 برابر کاهش یافت و نفوذپذیری مغناطیسی 5 برابر افزایش یافت.

اصول اولیه ترانسفورماتور

عملکرد ترانسفورماتور بر دو اصل اساسی استوار است:

1. یک جریان الکتریکی متغیر با زمان یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان ایجاد می کند (الکترومغناطیس)
2. تغییر در شار مغناطیسی عبوری از سیم پیچ باعث ایجاد EMF در این سیم پیچ می شود (القای الکترومغناطیسی).

در یکی از سیم پیچ ها، به نام سیم پیچ اولیهولتاژ از یک منبع خارجی اعمال می شود. جریان متناوب که از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی ایجاد می کند. در نتیجه القای الکترومغناطیسی، یک شار مغناطیسی متناوب در مدار مغناطیسی در تمام سیم‌پیچ‌ها، از جمله سیم‌پیچ اولیه، یک EMF القایی متناسب با اولین مشتق شار مغناطیسی ایجاد می‌کند، با یک جریان سینوسی که 90 درجه در جهت مخالف جابجا می‌شود. با توجه به شار مغناطیسی

در برخی از ترانسفورماتورهایی که در فرکانس های بالا یا فوق العاده کار می کنند، مدار مغناطیسی ممکن است وجود نداشته باشد.

قانون فارادی

EMF تولید شده در سیم پیچ ثانویه را می توان از قانون فارادی محاسبه کرد که بیان می کند:

U 2- ولتاژ روی سیم پیچ ثانویه، ن 2 - تعداد چرخش در سیم پیچ ثانویه، Φ - شار مغناطیسی کل، از طریق یک دور سیم پیچ. اگر پیچ های سیم پیچ عمود بر خطوط میدان مغناطیسی باشد، شار متناسب با میدان مغناطیسی خواهد بود. بو مربع اسکه از آن عبور می کند.

EMF تولید شده در سیم پیچ اولیه به ترتیب:

U 1- مقدار لحظه ای ولتاژ در انتهای سیم پیچ اولیه، ن 1 تعداد دور سیم پیچ اولیه است.

تقسیم معادله U 2بر روی U 1، نسبت را بدست می آوریم:

معادلات ترانسفورماتور ایده آل

ترانسفورماتور ایده آل ترانسفورماتوری است که برای گرم کردن سیم پیچ ها و شارهای نشتی سیم پیچ هیچ تلفات انرژی نداشته باشد. در یک ترانسفورماتور ایده‌آل، تمام خطوط نیرو از تمام پیچ‌های هر دو سیم‌پیچ عبور می‌کنند، و از آنجایی که میدان مغناطیسی در حال تغییر، EMF یکسانی را در هر پیچ ایجاد می‌کند، کل EMF القا شده در سیم‌پیچ با تعداد کل پیچ‌های آن متناسب است. چنین ترانسفورماتور تمام انرژی ورودی از مدار اولیه را به میدان مغناطیسی و سپس به انرژی مدار ثانویه تبدیل می کند. در این حالت، انرژی ورودی برابر با انرژی تبدیل شده است:

P1- مقدار لحظه ای برق عرضه شده به ترانسفورماتور، که از مدار اولیه می آید، P2- مقدار لحظه ای توان تبدیل شده توسط ترانسفورماتور ورودی به مدار ثانویه.

با ترکیب این معادله با نسبت ولتاژ در انتهای سیم پیچ ها، معادله یک ترانسفورماتور ایده آل را به دست می آوریم:

بنابراین، با افزایش ولتاژ در انتهای سیم پیچ ثانویه به دست می آوریم U 2، جریان مدار ثانویه کاهش می یابد من 2.

برای تبدیل مقاومت یک مدار به مقاومت مدار دیگر، باید مقدار را در مجذور نسبت ضرب کنید. مثلا مقاومت Z2با اتصال به انتهای سیم پیچ ثانویه، مقدار کاهش یافته آن به مدار اولیه خواهد بود. این قانون برای مدار ثانویه نیز معتبر است: .

حالت های کار ترانسفورماتور

حالت اتصال کوتاه

در حالت اتصال کوتاه، یک ولتاژ متناوب کوچک به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور اعمال می شود، سیم پیچ های ثانویه اتصال کوتاه دارند. ولتاژ ورودی طوری تنظیم می شود که جریان اتصال کوتاه برابر با جریان نامی (محاسبه شده) ترانسفورماتور باشد. در چنین شرایطی، بزرگی ولتاژ اتصال کوتاه، تلفات سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور، تلفات مقاومت اهمی را مشخص می‌کند. تلفات برق را می توان با ضرب ولتاژ اتصال کوتاه در جریان اتصال کوتاه محاسبه کرد.

این حالت به طور گسترده در اندازه گیری ترانسفورماتورهای جریان استفاده می شود.

حالت بارگذاری شده

هنگامی که یک بار به سیم پیچ ثانویه متصل می شود، جریانی در مدار ثانویه ایجاد می شود که یک شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی ایجاد می کند که مخالف شار مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه است. در نتیجه، برابری EMF القایی و EMF منبع تغذیه در مدار اولیه نقض می شود، که منجر به افزایش جریان در سیم پیچ اولیه می شود تا زمانی که شار مغناطیسی تقریباً به همان مقدار برسد.

به صورت شماتیک، فرآیند تبدیل را می توان به صورت زیر نشان داد:

برای انجام این کار، پاسخ سیستم به یک سیگنال سینوسی را در نظر بگیرید u 1=U 1 e-jω t(ω=2π f، جایی که f فرکانس سیگنال است، j واحد خیالی است). سپس من 1=من 1 e-jω tو غیره، با کاهش عوامل نمایی، به دست می آوریم

U 1=-jω L1 من 1-jω L 12 من 2+من 1 R1

Jω L2 من 2-jω L 12 من 1+من 2 R2 =-من 2 Z n

روش دامنه های پیچیده به ما امکان می دهد نه تنها یک بار کاملاً فعال، بلکه یک بار دلخواه را نیز بررسی کنیم، در حالی که برای جایگزینی مقاومت بار کافی است. R nامپدانس آن Z n. از معادلات خطی به دست آمده، می توانید به راحتی جریان بار را با استفاده از قانون اهم - ولتاژ دو طرف بار و غیره بیان کنید.

مدار معادل ترانسفورماتور T شکل.

بخشی از سیستم مغناطیسی ترانسفورماتور که سیم پیچ های اصلی را حمل نمی کند و برای بستن مدار مغناطیسی کار می کند - نامیده می شود - یوغ

بسته به آرایش فضایی میله ها، موارد زیر وجود دارد:

1. سیستم آهنربای تخت- یک سیستم مغناطیسی که در آن محورهای طولی همه میله ها و یوغ ها در یک صفحه قرار دارند.
2. سیستم مغناطیسی فضایی- سیستم مغناطیسی که در آن محورهای طولی میله ها یا یوغ ها یا میله ها و یوغ ها در سطوح مختلف قرار دارند.
3. سیستم مغناطیسی متقارن- یک سیستم مغناطیسی که در آن همه میله‌ها شکل، طرح و ابعاد یکسان دارند و موقعیت نسبی هر میله نسبت به همه یوغ‌ها برای همه میله‌ها یکسان است.
4. سیستم مغناطیسی نامتقارن- یک سیستم مغناطیسی که در آن میله‌های جداگانه ممکن است از نظر شکل، طرح یا ابعاد با میله‌های دیگر متفاوت باشند، یا موقعیت نسبی هر میله نسبت به سایر میله‌ها یا یوغ‌ها ممکن است با محل هر میله دیگر متفاوت باشد.

سیم پیچ

عنصر اصلی سیم پیچ است سیم پیچ- یک رسانای الکتریکی یا یک سری از این رساناها که به صورت موازی به هم متصل شده اند (هسته رشته ای) که یک بار به دور بخشی از سیستم مغناطیسی ترانسفورماتور پیچیده می شود که جریان الکتریکی آن همراه با جریان های سایر رساناها و سایر قسمت های ترانسفورماتور ، میدان مغناطیسی ترانسفورماتور ایجاد می کند و در آن تحت تأثیر این میدان مغناطیسی، نیروی حرکتی الکتریکی القا می شود.

سیم پیچی- تشکیل مجموعه ای از چرخش ها مدار الکتریکی، که EMF القا شده در پیچ ها را خلاصه می کند. در یک ترانسفورماتور سه فاز، سیم پیچ معمولاً به معنای مجموعه ای از سیم پیچ هایی با ولتاژ یکسان سه فاز است که به یکدیگر متصل هستند.

سطح مقطع هادی سیم پیچ در ترانسفورماتورهای قدرت معمولاً مربع شکل است استفاده موثرفضای موجود (برای افزایش ضریب پر شدن در پنجره اصلی). با افزایش سطح مقطع هادی، می توان آن را به دو یا چند عنصر رسانای موازی تقسیم کرد تا تلفات جریان گردابی در سیم پیچ کاهش یابد و عملکرد سیم پیچ تسهیل شود. یک عنصر رسانا به شکل مربع، مسکونی نامیده می شود.

هر هسته با سیم پیچ کاغذی یا لاک مینا عایق بندی شده است. دو هسته عایق جداگانه و موازی متصل گاهی اوقات می توانند یک عایق کاغذ مشترک داشته باشند. دو هسته عایق شده در یک عایق کاغذ معمولی کابل نامیده می شوند.

نوع خاصی از هادی سیم پیچ کابلی است که به طور پیوسته منتقل می شود. این کابل از رشته هایی تشکیل شده است که با دو لایه لاک لعابی عایق شده اند که به صورت محوری روی یکدیگر قرار گرفته اند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. یک کابل به طور پیوسته با انتقال رشته بیرونی یک لایه به لایه بعدی در یک گام ثابت و اعمال یک عایق خارجی مشترک به دست می آید.

سیم پیچ کاغذی کابل از نوارهای کاغذی نازک (چند ده میکرومتری) به عرض چندین سانتی متر ساخته شده است که به دور هسته پیچیده شده است. کاغذ در چند لایه پیچیده می شود تا ضخامت کلی مورد نیاز به دست آید.

سیم پیچی دیسک

سیم پیچ ها بر اساس تقسیم بندی می شوند:

1. وقت ملاقات
   • اصلی- سیم پیچ های ترانسفورماتور که انرژی جریان متناوب تبدیل شده به آن ها تامین می شود یا انرژی جریان متناوب تبدیل شده از آنها حذف می شود.
   • نظارتی- با جریان سیم پیچ کم و محدوده تنظیم نه چندان گسترده، می توان شیرهایی در سیم پیچ برای تنظیم نسبت تبدیل ولتاژ ایجاد کرد.
   • کمکی- سیم پیچ های در نظر گرفته شده، به عنوان مثال، برای تامین یک شبکه کمکی با توان قابل توجهی کمتر از توان نامی ترانسفورماتور، برای جبران سومین میدان مغناطیسی هارمونیک، برای مغناطیس کردن سیستم مغناطیسی با جریان مستقیم و غیره.
2. اعدام
   • سیم پیچ معمولی- پیچ های سیم پیچ در جهت محوری در تمام طول سیم پیچ قرار دارند. چرخش های بعدی محکم به یکدیگر پیچیده می شوند و هیچ فضای میانی باقی نمی گذارند.
   • سیم پیچ- سیم پیچ مارپیچ می تواند نوعی سیم پیچ چند لایه با فاصله بین هر پیچ سیم پیچ یا سرب باشد.
   • سیم پیچی دیسک- سیم پیچی دیسک از تعدادی دیسک به صورت سری تشکیل شده است. در هر دیسک، سیم پیچ ها به صورت شعاعی به صورت مارپیچ به سمت داخل و خارج روی دیسک های مجاور پیچیده می شوند.
   • سیم پیچ فویل- سیم پیچ های فویل از یک ورق مسی یا آلومینیومی پهن با ضخامت از دهم میلی متر تا چند میلی متر ساخته می شوند.

طرح ها و گروه های اتصال سیم پیچ ترانسفورماتورهای سه فاز

سه راه اصلی برای اتصال سیم پیچ های فاز هر طرف ترانسفورماتور سه فاز وجود دارد:

• اتصال Y ("ستاره")، که در آن هر سیم پیچ در یک انتها به یک نقطه مشترک به نام خنثی متصل می شود. یک "ستاره" با نتیجه گیری از یک نقطه مشترک (نام Y 0 یا Y n) و بدون آن (Y) وجود دارد.
• اتصال Δ ("مثلث")، که در آن سیم پیچ های سه فاز به صورت سری متصل می شوند
• اتصال Z ("زیگزاگ"). در این روشاتصال، هر سیم پیچ فاز از دو قسمت یکسان تشکیل شده است که بر روی میله های مختلف مدار مغناطیسی قرار گرفته و به صورت سری، مخالف متصل می شوند. سیم پیچ های سه فاز حاصل در یک نقطه مشترک، شبیه به یک "ستاره" متصل می شوند. معمولاً "زیگزاگ" با شاخه ای از یک نقطه مشترک استفاده می شود (Z 0)

هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور را می توان با هر یک از آنها متصل کرد سه راهدر بالا، در هر ترکیبی نشان داده شده است. روش و ترکیب خاص با هدف ترانسفورماتور تعیین می شود.

اتصال Y معمولاً برای سیم پیچ هایی که در زیر کار می کنند استفاده می شود ولتاژ بالا. این به دلایل زیادی است:

سیم پیچ های یک اتوترانسفورماتور سه فاز را فقط می توان در یک "ستاره" وصل کرد.

هنگامی که به جای یک ترانسفورماتور سه فاز سنگین، از سه اتوترانسفورماتور تک فاز استفاده می شود، اتصال آنها به روش دیگری غیرممکن است.

هنگامی که سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور خط فشار قوی را تغذیه می کند، وجود یک نول زمین شده باعث کاهش ولتاژ اضافی در هنگام برخورد صاعقه می شود. بدون اتصال به زمین خنثی، عملیات حفاظت دیفرانسیل خط از نظر نشت به زمین غیرممکن است. در این حالت، سیم‌پیچ‌های اولیه تمام ترانسفورماتورهای گیرنده در این خط نباید دارای یک خنثی به زمین باشند.

طراحی رگولاتورهای ولتاژ (سوئیچ های شیر) بسیار ساده شده است. قرار دادن شیرهای سیم پیچ از انتهای "خنثی" حداقل تعداد گروه های تماس را تضمین می کند. الزامات برای عایق سوئیچ کاهش می یابد، به عنوان با حداقل ولتاژ نسبت به زمین کار می کند.

این ترکیب از نظر تکنولوژی پیشرفته ترین و کمترین فلز فشرده است.

اتصال دلتا در ترانسفورماتورهایی که یک سیم پیچ قبلاً به صورت ستاره وصل شده است، به خصوص با ترمینال خنثی استفاده می شود.

عملکرد ترانسفورماتورهای هنوز گسترده با طرح Y / Y 0 در صورتی توجیه می شود که بار روی فازهای آن یکسان باشد (موتور سه فاز، کوره برقی سه فاز، روشنایی خیابانی کاملاً محاسبه شده و غیره). نامتقارن (خانگی و تک فاز دیگر)، سپس شار مغناطیسی در هسته از تعادل خارج می شود، و شار مغناطیسی جبران نشده (به اصطلاح "شار دنباله صفر") از طریق پوشش و مخزن بسته می شود و باعث گرم شدن آنها می شود. و ارتعاش کنند. سیم پیچ اولیه نمی تواند این جریان را جبران کند، زیرا انتهای آن به یک خنثی مجازی متصل است که به ژنراتور متصل نیست. ولتاژهای خروجی تحریف خواهند شد ("عدم تعادل فاز" وجود خواهد داشت). برای یک بار تک فاز، چنین ترانسفورماتور اساساً یک چوک هسته باز است و امپدانس آن بالا است. جریان یک اتصال کوتاه تک فاز در مقایسه با محاسبه شده (برای اتصال کوتاه سه فاز) بسیار دست کم گرفته می شود، که عملکرد تجهیزات حفاظتی را غیر قابل اعتماد می کند.

اگر سیم‌پیچ اولیه به صورت مثلثی (ترانسفورماتور با مدار Δ/Y 0) متصل باشد، سیم‌پیچ‌های هر میله دارای دو سرب هم به بار و هم به ژنراتور هستند و سیم‌پیچ اولیه می‌تواند هر میله را به طور جداگانه مغناطیسی کند، بدون اینکه تأثیری بر دو مورد دیگر و بدون نقض تعادل مغناطیسی. مقاومت تک فاز چنین ترانسفورماتور نزدیک به محاسبه شده خواهد بود، عدم تعادل ولتاژ عملا حذف می شود.

از طرف دیگر، با سیم پیچ مثلثی، طراحی سوئیچ شیر (کنتاکت های ولتاژ بالا) پیچیده تر می شود.

اتصال سیم پیچ با یک مثلث به هارمونیک های سوم و چندگانه جریان اجازه می دهد تا در داخل حلقه تشکیل شده توسط سه سیم پیچی که به صورت سری متصل می شوند، گردش کنند. بستن جریان های هارمونیک سوم برای کاهش مقاومت ترانسفورماتور در برابر جریان های بار غیر سینوسی (بار غیر خطی) و حفظ ولتاژ سینوسی آن ضروری است. هارمونیک سوم جریان در هر سه فاز دارای جهت یکسانی است، این جریان ها نمی توانند در سیم پیچی که توسط ستاره ای با یک خنثی جدا شده به هم متصل است، گردش کنند.

فقدان جریان های سینوسی سه تایی در جریان مغناطیسی می تواند منجر به اعوجاج قابل توجهی در ولتاژ القایی شود، در مواردی که هسته دارای 5 میله باشد و یا به صورت زرهی ساخته شده باشد. سیم پیچ ترانسفورماتور متصل به مثلث این اختلال را از بین می برد، زیرا سیم پیچ متصل به مثلث جریان هارمونیک را کاهش می دهد. گاهی اوقات ترانسفورماتورها وجود یک سیم پیچ متصل به Δ سوم را فراهم می کنند که نه برای شارژ، بلکه برای جلوگیری از اعوجاج ولتاژ و کاهش امپدانس دنباله صفر ارائه می شود. این گونه سیم پیچ ها جبران نامیده می شوند. ترانسفورماتورهای توزیعی که برای شارژ در نظر گرفته شده اند، بین فاز و خنثی در سمت اولیه، معمولاً به سیم پیچی مثلث مجهز هستند. با این حال، جریان در سیم پیچ مثلث می تواند برای دستیابی به حداقل توان بسیار کم باشد و اندازه هادی سیم پیچ مورد نیاز برای ساخت کارخانه بسیار ناخوشایند است. در چنین مواردی، سیم پیچ فشار قوی را می توان به صورت ستاره و سیم پیچ ثانویه را به صورت زیگزاگ متصل کرد. جریان های توالی صفر که در دو شیر یک سیم پیچ زیگزاگ در گردش هستند، یکدیگر را متعادل می کنند، امپدانس دنباله صفر سمت ثانویه عمدتاً توسط میدان مغناطیسی سرگردان بین دو شاخه سیم پیچ تعیین می شود و به صورت بسیار بیان می شود. عدد کوچک.

با استفاده از اتصال یک جفت سیم پیچ به روش های مختلف، می توان به درجات مختلف ولتاژ بایاس بین طرفین ترانسفورماتور دست یافت.

1. فقط ترانسفورماتورهایی با خطای زاویه ای یکسان بین ولتاژ اولیه و ثانویه می توانند به صورت موازی کار کنند.
2. قطب های با پلاریته یکسان در دو طرف ولتاژ بالا و پایین باید به صورت موازی متصل شوند.
3. ترانسفورماتورها باید تقریباً ولتاژ یکسانی داشته باشند.
4. ولتاژ امپدانس اتصال کوتاه باید یکسان باشد، در محدوده ± 10٪.
5. نسبت توان ترانسفورماتورها نباید بیش از 1:3 منحرف شود.
6. سوئیچ ها برای تعداد چرخش ها باید در موقعیت هایی باشند که افزایش ولتاژ را تا حد امکان نزدیک کند.

به عبارت دیگر، این بدان معنی است که مشابه ترین ترانسفورماتورها باید استفاده شود. مدل های یکسان ترانسفورماتورها بهترین گزینه هستند. انحراف از الزامات فوق با استفاده از دانش مربوط امکان پذیر است.

فرکانس

تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور

بسته به بار شبکه الکتریکی، ولتاژ آن تغییر می کند. برای عملکرد عادی مصرف کنندگان برق مصرفی، لازم است که ولتاژ بیش از حد مجاز از سطح تعیین شده انحراف نداشته باشد و بنابراین اعمال شود. راه های مختلفتنظیم ولتاژ در شبکه

عیب یابی

نوع نقص	علت
بیش از حد گرم شود	اضافه بار
بیش از حد گرم شود	سطح روغن پایین
بیش از حد گرم شود	بسته شدن
بیش از حد گرم شود	سرمایش ناکافی
درهم شکستن	اضافه بار
درهم شکستن	آلودگی نفتی
درهم شکستن	سطح روغن پایین
درهم شکستن	تبدیل عایق پیری
صخره	کیفیت لحیم کاری ضعیف
صخره	تغییر شکل های الکترومکانیکی قوی در طول اتصال کوتاه
زمزمه افزایش یافت	ضعیف شدن پرس مدار مغناطیسی چند لایه
زمزمه افزایش یافت	اضافه بار
زمزمه افزایش یافت
زمزمه افزایش یافت	اتصال کوتاه در سیم پیچ
ظاهر هوا در رله گاز (با فیلتر ترموسیفون)	فیلتر ترموسیفون وصل شده است، هوا از طریق دوشاخه وارد رله گاز می شود

ترانسفورماتور اضافه ولتاژ

انواع نوسانات

در حین استفاده، ترانسفورماتورها ممکن است در معرض ولتاژهای بیش از پارامترهای عملکردی خود قرار گیرند. این نوسانات بر اساس مدت زمان به دو گروه تقسیم می شوند:

• اضافه ولتاژ لحظه ای- ولتاژ فرکانس توان با مدت زمان نسبی از کمتر از 1 ثانیه تا چند ساعت.
• اضافه ولتاژ گذرا- اضافه ولتاژ کوتاه مدت از نانوثانیه تا چندین میلی ثانیه. زمان افزایش می تواند از چند نانوثانیه تا چند میلی ثانیه متغیر باشد. اضافه ولتاژ گذرا می تواند نوسانی و غیر نوسانی باشد. آنها معمولاً عمل یک طرفه دارند.

ترانسفورماتور همچنین می تواند در معرض ترکیبی از اضافه ولتاژهای گذرا و گذرا قرار گیرد. اضافه ولتاژهای گذرا می توانند بلافاصله به دنبال اضافه ولتاژهای گذرا باشند.

اضافه ولتاژها به دو گروه اصلی طبقه بندی می شوند که منشا آنها را مشخص می کند:

• اضافه ولتاژهای ناشی از تأثیرات جوی. بیشتر اوقات، اضافه ولتاژهای گذرا به دلیل صاعقه در نزدیکی خطوط انتقال فشار قوی متصل به ترانسفورماتور رخ می دهد، اما گاهی اوقات یک ضربه رعد و برق می تواند به ترانسفورماتور یا خود خط انتقال برخورد کند. مقدار پیک ولتاژ به جریان ضربه رعد و برق بستگی دارد و یک متغیر آماری است. جریان های ضربه ای صاعقه بیش از 100 کیلو آمپر ثبت شده است. مطابق با اندازه گیری های انجام شده در خطوط برق فشار قوی، در 50٪ موارد، مقدار پیک جریان های ضربه ای صاعقه در محدوده 10 تا 20 کیلو آمپر است. فاصله بین ترانسفورماتور و نقطه برخورد ضربه رعد و برق بر زمان افزایش ضربه ای که به ترانسفورماتور برخورد می کند تأثیر می گذارد، هر چه فاصله ترانسفورماتور کمتر باشد، زمان کوتاهتر می شود.
• اضافه ولتاژهای تولید شده در داخل سیستم قدرت. این گروه اضافه ولتاژهای کوتاه مدت و گذرا ناشی از تغییرات در شرایط عملیاتی و نگهداری سیستم قدرت را پوشش می دهد. این تغییرات ممکن است ناشی از نقض فرآیند تعویض یا خرابی باشد. اضافه ولتاژهای موقت ناشی از خطاهای زمین، ریزش بار یا پدیده تشدید فرکانس پایین است. اضافه ولتاژهای گذرا زمانی اتفاق می‌افتد که سیستم به طور مکرر از آن جدا شده یا به آن وصل می‌شود. آنها همچنین می توانند هنگام مشتعل شدن عایق خارجی رخ دهند. هنگام تعویض یک بار راکتیو، ولتاژ گذرا می تواند تا 6-7 p.u افزایش یابد. به دلیل وقفه های متعدد جریان گذرا در قطع کننده مدار با زمان افزایش پالس تا چند کسری از میکروثانیه.

توانایی ترانسفورماتور در مقاومت در برابر نوسانات

ترانسفورماتورها باید قبل از خروج از کارخانه، تست های مقاومت دی الکتریک خاصی را پشت سر بگذارند. قبولی در این آزمون ها احتمال آن را نشان می دهد عملیات بدون وقفهتبدیل کننده.

تست ها در استانداردهای بین المللی و ملی تشریح شده اند. ترانسفورماتورهای آزمایش شده قابلیت اطمینان عملیاتی بالا را تأیید می کنند.

شرط اضافی درجه بالاقابلیت اطمینان اطمینان از محدودیت های اضافه ولتاژ قابل قبول است، زیرا ترانسفورماتور در حین کار می تواند در مقایسه با شرایط آزمایشی در معرض اضافه ولتاژهای جدی تری قرار گیرد.

لازم است بر اهمیت فوق العاده برنامه ریزی و حسابداری برای انواع اضافه ولتاژهایی که ممکن است در سیستم قدرت رخ دهد تاکید شود. برای اجرای عادی شرط داده شدهنیاز به درک منشاء انواع مختلفاضافه ولتاژها بزرگی انواع مختلف اضافه ولتاژ یک متغیر آماری است. توانایی عایق در تحمل نوسانات نیز یک متغیر آماری است.

همچنین ببینید

	تبدیل کنندهدر ویکیواژه
	تبدیل کنندهدر ویکی‌مدیا کامانز

• میز تست ترانسفورماتور یکپارچه

یادداشت

1. Kharlamova T. E. تاریخ علم و فناوری. صنعت برق. کتاب درسی سنت پترزبورگ: SZTU، 2006. 126 ص.
2. Kislitsyn A. L. Transformers: کتاب درسی برای دوره "الکترومکانیک" .- اولیانوفسک: UlGTU، 2001. - 76 با ISBN 5-89146-202-8
3. ترانسفورماتورهای قدرت: نقاط عطف اصلی در توسعه c.t. n ساوینتسف یو.ام. موجود در 2010/01/25
4. ترانسفورماتور قدرت: مراحل تکامل. D.t. ن.، پروفسور Popov G. V. در transform.ru. موجود در 02.08.2008
5. تاریخچه ترانسفورماتور در energoportal.ru. موجود در 02.08.2008
6. بادگیراصول و کاربردهای ترانسفورماتور قدرت - ص 20–21.