Tehomuuntajien rakenne ja toimintaperiaate

Sähkölaite, jossa on kaksi, kolme tai useampia käämejä ja joka on asennettu staattisesti sähköverkkoon. Tehomuuntaja muuttaa vaihtojännitettä ja -virtaa ilman taajuuspoikkeamaa. Toissijaisessa virtalähteessä käytettävää muunninta kutsutaan step-down-laitteeksi. Booster-rakenteet lisäävät jännitettä, ja niitä käytetään suurjännitteisissä siirtolinjoissa, joissa on suuri teho, kapasiteetti ja kapasiteetti.

Sovellukset

Tehomuuntajat ovat osa sähköntuotantolaitteita. Voimalaitokset käyttävät atomienergiaa, fossiilista energiaa, kiinteitä tai nestemäisiä polttoaineita, toimivat kaasulla tai käyttävät vesivoimaa, mutta sähköasemien lähtömuuntajat ovat välttämättömiä kuluttaja- ja tuotantolinjojen normaalin toiminnan kannalta.

Yksiköt on asennettu teollisuuslaitosten, maaseutuyritysten, puolustuskompleksien sekä öljy- ja kaasukeskusten verkkoihin. Virtamuuntajan suoraa tarkoitusta - jännitteen ja virran alentamista ja nostamista - käytetään liikenteen, asumisen, kaupallisen infrastruktuurin ja verkon jakelulaitteiden käytössä.

Tärkeimmät osat ja järjestelmät

Syöttöjännite ja kuorma kytketään holkkeihin, jotka sijaitsevat sisä- tai ulkopäätelaitteessa. Kosketin kiinnitetään pulteilla tai erikoisliittimillä. Öljytäytteisissä yksiköissä holkit on sijoitettu ulkopuolelle säiliön sivuille tai irrotettavan kotelon kannelle.

Siirto sisäisistä käämeistä tapahtuu taipuisilla vaimentimilla tai värimetalleista valmistetuilla kierretangoilla. Tehomuuntajat ja niiden kotelot eristetään pylväistä posliini- tai muovikerroksella. Aukot poistetaan öljyä ja synteettisiä nesteitä kestävistä materiaaleista valmistetuilla tiivisteillä.

Jäähdyttimet alentavat öljyn lämpötilaa säiliön yläosasta ja siirtävät sen sivupohjakerrokseen. Öljylämmitteisen tehomuuntajan jäähdytysyksikkö on seuraava:

• ulkoinen piiri, joka poistaa lämpöä väliaineesta;
• Sisäinen piiri, joka lämmittää öljyä.

Jäähdyttimiä on erityyppisiä:

• jäähdyttimet - joukko litteitä kanavia, jotka on hitsattu päähän ja jotka on järjestetty levyihin alemman ja ylemmän jakotukin väliseksi yhteydeksi;
• aaltopahvisäiliöt - ne asennetaan pieni- ja keskitehoisiin yksiköihin, ja ne ovat sekä lämpötilan laskusäiliö että työsäiliö, jossa on taitetut seinät ja pohjalaatikko;
• tuulettimet - niitä käytetään suurissa muuntajayksiköissä jäähdytysvirran pakkojäähdytykseen;
• lämmönvaihtimet - käytetään suurissa yksiköissä synteettisten nesteiden siirtämiseen pumpun avulla, koska luonnollisen kierron järjestäminen vaatii paljon tilaa;
• vesi-öljy-yksiköt - putkilämmönsiirtimet, joissa käytetään klassista tekniikkaa;
• Kiertovesipumput - ilmatiiviisti tiivistetyt mallit, joissa on täysin upotettu moottori ilman tiivistepakkausta.

Jännitteenmuuntolaitteissa on säätimet, joilla voidaan muuttaa käyttökelojen määrää. Toisiojännitettä muutetaan käämien lukumäärän kytkimellä tai asetetaan pulttiyhteen avulla valitsemalla hyppyjohdinjärjestely. Näin maadoitetun tai jännitteettömän muuntajan johtimet kytketään. Ohjausmoduulit muuntavat jännitteitä pienillä alueilla.

Olosuhteista riippuen jännitteensäätimet jaetaan tyyppeihin:

• yksiköt, jotka toimivat, kun kuorma on kytketty pois päältä;
• elementit, jotka toimivat, kun toisiokäämitys on oikosuljettu vastukseen.

Liite

Kaasurele sijaitsee paisunta- ja käyttösäiliön välisessä liitäntäjohdossa. Laite estää eristävien orgaanisten aineiden ja öljyn hajoamisen ylikuumentuessa sekä järjestelmän vähäiset vauriot. Laite reagoi kaasutukseen toimintahäiriöiden yhteydessä, antaa hälytyksen tai sammuttaa järjestelmän kokonaan oikosulun tai vaarallisen alhaisen nestetason yhteydessä.

Lämpöparit sijoitetaan säiliön päälle taskuihin lämpötilan mittaamiseksi. He työskentelevät matemaattisen laskutoimituksen periaatteen mukaisesti yksilöidäkseen yksikön lämpimimmän osan. Nykyaikaiset anturit perustuvat kuituoptiseen tekniikkaan.

Jatkuvaa regenerointiyksikköä käytetään öljyn talteenottoon ja puhdistukseen. Se tuottaa kuonaa ja ilmaa öljymassaan. Regenerointiyksiköitä on kahdenlaisia:

• termosifoniyksiköt, jotka hyödyntävät lämmitettyjen kerrosten luonnollista ylöspäin suuntautuvaa liikettä ja kulkevat suodattimen läpi ja laskevat sitten jäähdytetyt virtaukset säiliön pohjalle;
• Laadukkaat adsorptioyksiköt pakottavat öljyn suodattimien läpi pumpun avulla, ne sijaitsevat erikseen perustuksessa ja niitä käytetään ylisuurissa muuntopiireissä.

Öljysuojamoduulit ovat avoimen tyyppisiä paisuntasäiliöitä. Massan pinnan yläpuolella oleva ilma johdetaan silikageelikuivausaineiden läpi. Imeytysaine muuttuu vaaleanpunaiseksi, kun kosteus on korkeimmillaan, mikä on merkki sen vaihtamisesta.

Laajentimen päälle asennetaan öljyntiiviste. Tämä on ilmankosteutta vähentävä laite, jota käytetään muuntajan kuivalla öljyllä. Se liitetään paisuntasäiliöön pistorasian avulla. Yläpuolelle hitsataan astia, jossa on sisäinen erottelu useiden labyrintin muotoisten seinien muodossa. Ilma virtaa öljyn läpi, siirtää kosteuden pois, puhdistetaan silikageelillä ja johdetaan öljykonservaattoriin.

Valvontalaitteet

Paineenrajoituslaite estää oikosulusta tai öljyn vakavasta hajoamisesta johtuvan hätätilanteen aiheuttaman paineiskun, ja se sisältyy raskaiden yksiköiden suunnitteluun GOST 11677-1975 -standardin mukaisesti. Laite on suunniteltu purkuputkeksi, joka viistää kohti muuntajan kantta. Lopussa on suljettu kalvo, joka voidaan taittaa välittömästi ulos ja päästää pakokaasun läpi.

Lisäksi muuntajaan on asennettu muita moduuleja:

1. Säiliössä olevat öljytasoanturit, jotka on varustettu asteikkotaululla tai jotka on valmistettu yhdysastioiden lasiputkesta, on sijoitettu paisuttimen päähän.
2. Sisäänrakennetut muuntajat sijoitetaan laitteen sisälle tai maadoitusletkun läheisyyteen läpivientien tai pienjännitekiskojen puolelle. Tällöin sähköasemalla ei tarvita suurta määrää erillisiä vaihtosuuntaajia, joilla on sisäinen ja ulkoinen eristys.
3. Palavien epäpuhtauksien ja kaasujen ilmaisin havaitsee öljymassassa olevan vedyn ja puristaa sen ulos kalvon läpi. Laite näyttää kaasuuntumisen alkuasteen ennen kuin tiivistetty seos saa valvontareleen toimimaan.
4. Virtausmittari valvoo öljyhäviötä sähköasemilla, jotka toimivat lämpötilan pakotetun alenemisen periaatteella. Laite mittaa paine-eron ja määrittää paineen virtauksessa ilmenevän esteen molemmin puolin. Vesijäähdytteisissä yksiköissä virtausmittarit lukevat kosteuden kulutuksen. Elementit on varustettu hälytyslaitteella vikatilanteita varten ja asteikkotaululla arvojen lukemista varten.

Toimintaperiaate ja toimintatavat

Yksinkertainen muuntaja on varustettu permaseoksesta, ferriitistä ja kahdesta käämistä koostuvalla ytimellä. Magneettipiiriin kuuluu joukko nauha-, levy- tai muottielementtejä. Se siirtää sähkön tuottamaa magneettivuota. Tehomuuntajan periaatteena on muuntaa virta- ja jännitearvot induktiolla, kun varattujen hiukkasten liikemallin taajuus ja muoto pysyvät vakiona.

Step-up-muuntajissa virtapiiriin kuuluu suurempi jännite toisiokäämityksessä kuin ensiökäämityksessä. Alaslaskuyksiköissä tulojännite on suurempi kuin lähtöjännite. Kierukkakäämityksellä varustettu kela asetetaan öljysäiliöön.

Kun vaihtovirta kytketään päälle, ensiökäämiin syntyy vaihtuva magneettikenttä. Se sulkeutuu ytimeen ja vaikuttaa toisiopiiriin. Syntyy sähkömotorinen voima, joka siirretään muuntajan ulostulossa kytkettyihin kuormiin. Toimintatiloja on kolme:

1. Tyhjäkäynnille on ominaista toisiokelan avoin tila ja virran puuttuminen käämeistä. Tyhjäkäyntisähkö virtaa ensiökäämissä 2-5 % nimellisarvosta.
2. Kuormituksen toiminta tapahtuu, kun virtalähde ja kuluttajat on kytketty. Tehomuuntajat näyttävät energiaa kahdessa käämityksessä, ja toiminta tässä asetuksessa on yksikölle yleistä.
3. Oikosulku, jossa toisiokelan vastus on ainoa kuorma. Tila mahdollistaa häviöiden havaitsemisen ytimen käämien lämmittämiseksi.

Tyhjäkäyntitila

Primäärikäämin sähkö on yhtä suuri kuin magnetoiva vaihtovirta, ja sekundäärivirta on nolla. Ferromagneettisen ytimen tapauksessa primäärikelan sähkömotorinen voima korvaa lähdejännitteen kokonaan, eikä kuormitusvirtoja esiinny. Kuormittamaton toiminta paljastaa hetkelliset kytkentähäviöt ja pyörrevirrat, määrittää reaktiivisen tehon kompensoinnin vaadittujen lähtöjännitteiden ylläpitämiseksi.

Yksikössä, jossa ei ole ferromagneettista johdinta, ei tapahdu magneettikentän muutoshäviötä. Kuormittamaton virta on verrannollinen ensiökäämin resistanssiin. Kyky vastustaa varattujen elektronien kulkua muuttuu muuttamalla virran taajuutta ja induktion kokoa.

Oikosulku toiminta

Primäärikäämiin kytketään pieni vaihtojännite, ja sekundäärikäämin ulostulot oikosuljetaan. Tulojännitettä säädetään siten, että oikosulkuvirta vastaa yksikön laskettua tai nimellisarvoa. Oikosulkujännitteen suuruus määrittää muuntajan käämien häviöt ja virtausnopeuden johtimen materiaalia vastaan. Osa tasavirrasta voittaa vastuksen ja muuttuu lämpöenergiaksi, jolloin ydin lämpenee.

Oikosulkujännite lasketaan prosentteina nimellisarvosta. Tässä tilassa tapahtuvan käytön aikana saatu parametri on yksikön tärkeä ominaisuus. Kertomalla se oikosulkuvirralla saadaan häviökapasiteetti.

Toimintatila

Kun kuorma kytketään, toisiopiirissä tapahtuu hiukkasliike, joka aiheuttaa johtimessa magneettivuon. Se suuntautuu vastakkaiseen suuntaan kuin primäärikäämin tuottama vuo. Primaarikäämissä on epäsuhta induktion sähkömotorisen voiman ja virtalähteen välillä. Virta primäärikäämissä kasvaa, kunnes magneettikenttä saavuttaa alkuperäisen arvonsa.

Induktiovektorin magneettivuo kuvaa kentän kulkua valitun pinnan läpi, ja se määräytyy primaarikäämin hetkellisen voimaindeksin aikaintegraalin perusteella. Indeksi siirtyy 90˚:n vaiheella suhteessa käyttövoimaan. Toisiopiirin indusoima sähkömagneettinen kenttä on muodoltaan ja vaiheeltaan samanlainen kuin ensiökäämin indusoima sähkömagneettinen kenttä.

Muuntajien tyypit ja tyypit

Tehoyksiköitä käytetään suurjännitevirran muuntamiseen ja suuriin kapasiteetteihin, mutta niitä ei käytetä verkkomittaukseen. Asennus on perusteltua, jos energiantuottajan verkon ja kuluttajalle menevän verkon jännitteen välillä on ero. Vaiheiden lukumäärästä riippuen laitokset voidaan luokitella yksikelaisiin tai monikelaisiin yksiköihin.

Yksivaiheinen tehomuunnin asennetaan staattisesti, ja sille on ominaista, että sen käämit ovat induktiivisesti kytkettyjä ja paikallaan. Ydin on suunniteltu suljetuksi kehykseksi, ja siinä erotetaan toisistaan ala- ja yläjohde sekä sivukelatangot. Aktiiviset elementit ovat käämit ja magneettipiiri.

Sauvojen käämitykset on järjestetty määrätyin yhdistelmin käämien lukumäärän ja muodon suhteen tai ne on järjestetty samankeskisesti. Sylinterimäiset kääreet ovat yleisimpiä ja käytetyimpiä. Yksikön rakenneosat kiinnittävät aseman osat, eristävät kelojen väliset kanavat, jäähdyttävät osat ja estävät rikkoutumisen. Pituussuuntainen eristys peittää yksittäisiä keloja tai kelojen yhdistelmiä ytimessä. Tärkeimmät dielektriset aineet estävät siirtymisen maan ja käämien välillä.

Kolmivaiheisissa sähköpiireissä käytetään kaksi- ja kolmikäämitysyksiköitä, joilla kuorma jaetaan tasaisesti tulojen ja lähtöjen välillä, tai yksivaiheisia korvausyksiköitä. Öljyjäähdytteiset muuntajat sisältävät magneettisydämen, jonka käämit sijaitsevat aineella täytetyssä säiliössä.

Käämit on sijoitettu yhteiseen johtimeen, jossa on primääri- ja sekundääripiirit, jotka ovat vuorovaikutuksessa luomalla yhteisen kentän, virran tai polarisaation, kun varatut elektronit liikkuvat magneettisessa ympäristössä. Tämä yhteinen induktio vaikeuttaa asennuksen suorituskyvyn määrittämistä, sekä suur- että pienjännitettä. Käytetään muuntajan vaihtosuunnitelmaa, jossa käämit ovat vuorovaikutuksessa sähköisessä eikä magneettisessa ympäristössä.

Ekvivalenssiperiaatetta sovelletaan virtaa johtavien induktiokelojen vastusten häviövirtoihin. Erotetaan toisistaan käämit, joissa on aktiivinen induktanssiresistanssi. Toisenlaiset ovat magneettisesti kytkettyjä keloja, jotka välittävät hiukkasia ilman sirontavirtoja ja joilla on minimaaliset estävät ominaisuudet.

Aiheeseen liittyvät artikkelit: