Strāvas transformatori: konstrukcija, darbības princips un veidi

Strāvas transformatori tiek plaši izmantoti mūsdienu enerģētikā kā iekārtas dažādu elektrisko parametru maiņai, saglabājot to pamatvērtības. Iekārtas darbības pamatā ir indukcijas likums, kas attiecas uz sinusoidāli mainīgiem magnētiskajiem un elektriskajiem laukiem. Transformators pārveido primāro strāvas vērtību attiecībā uz modulāciju un leņķa pārraidi proporcionāli neapstrādātiem datiem. Aprīkojums jāizvēlas, ņemot vērā piemērošanas jomu un pieslēgto patērētāju skaitu.

Kas ir strāvas transformators?

Tos izmanto rūpniecībā, komunālajā un inženiertehniskajā būvniecībā, rūpniecībā un citās jomās, lai piemērotu strāvu ar noteiktiem fizikālajiem parametriem. Spriegums tiek pielikts primārā tinuma spolēm, kur magnētiskā starojuma rezultātā rodas maiņstrāva. Tas pats starojums ceļo caur pārējām spolēm, kuru dēļ pārvietojas EML spēki, un, kad sekundārās spoles tiek saīsinātas vai savienotas ar elektrisko ķēdi, sistēmā rodas sekundārā strāva.

Mūsdienu strāvas transformatori ļauj pārveidot enerģiju tā, lai tās izmantošana neradītu bojājumus iekārtām, kas to izmanto. Tie arī ļauj mērīt lielākas slodzes, nodrošinot maksimālu drošību mašīnām un personālam, jo primārā un sekundārā tinuma tinumi ir droši izolēti viens no otra.

Kādiem transformatoriem?

Ir viegli saprast, kam ir noderīgs strāvas transformators: tā pielietojums aptver visas jomas, kurās tiek pārveidotas enerģijas vērtības. Šīs ierīces ir palīgierīces, ko izmanto paralēli mērinstrumentiem un relejiem, lai izveidotu maiņstrāvas ķēdi. Šādos gadījumos transformatori pārveido enerģiju, lai atvieglotu parametru atšifrēšanu vai lai vienā ķēdē savienotu iekārtas ar dažādiem parametriem.

Transformatoriem ir arī mērīšanas funkcija: tos izmanto, lai darbinātu elektriskās ķēdes ar augstāku spriegumu, kurām nepieciešams pieslēgt mērinstrumentus, bet to nav iespējams izdarīt tieši. To galvenā funkcija ir nodot informāciju par strāvas vērtībām mērinstrumentiem, kas savienoti ar sekundāro tinumu. Tas ļauj arī uzraudzīt strāvas strāvu ķēdē: ja tiek izmantots relejs un tiek sasniegta maksimālā strāvas vērtība, tiek aktivizēta aizsardzība, kas izslēdz iekārtu, lai novērstu tās izdegšanu un cilvēku traumas.

Darbības princips

Šīs iekārtas darbības pamatā ir indukcijas likums, saskaņā ar kuru spriegums nonāk primārajā tinumā un strāva pārspēj tinuma radīto pretestību, kas izraisa magnētiskās plūsmas pārnesi uz magnētisko spole. Strāvas plūsma ir perpendikulāra strāvai, tādējādi samazinot zudumus, un, tai šķērsojot sekundāros tinumus, tiek aktivizēta EML. Tas sistēmā inducē strāvu, kas ir lielāka par spoles pretestību, un spriegums sekundāro spoļu izejas galā samazinās.

Tāpēc visvienkāršākā transformatora konstrukcija sastāv no metāla serdes un pāra tinumu, kas nav savstarpēji savienoti un ir izgatavoti kā izolēti vadi. Dažos gadījumos slodze tiek novadīta tikai uz primārajiem tinumiem, nevis uz sekundārajiem: tas ir tā sauktais dīkstāves režīms. Ja sekundārajam tinumam tiek pieslēgta strāvu patērējoša iekārta, caur tinumiem plūst strāva un rodas elektromotora spēks. EML nosaka tinumu skaits. Primārā un sekundārā vijuma elektromotora spēka attiecība ir pazīstama kā transformācijas koeficients, ko aprēķina no vijumu skaita attiecības. Galapatēriņa spriegumu ir iespējams regulēt, mainot primāro vai sekundāro vijumu skaitu.

Strāvas transformatoru klasifikācija

Pastāv vairāki strāvas transformatoru veidi, kas tiek klasificēti pēc vairākiem kritērijiem, tostarp mērķa, uzstādīšanas metodes, pārveidošanas pakāpju skaita un citiem faktoriem. Šie parametri jāņem vērā pirms strāvas transformatora izvēles:

• Mērķis. To izmanto, lai nošķirtu mērīšanas, starpposma un aizsardzības modeļus. Piemēram, starpposma transformatori tiek izmantoti, lai pieslēgtu ierīces skaitļošanas operācijām releju aizsardzības sistēmās un citās ķēdēs. Atsevišķiem atšķirīgiem laboratorijas transformatoriem, kas nodrošina lielāku indikatoru precizitāti, ir liels skaits konversijas koeficientu.
• Uzstādīšanas metode. Ir transformatori uzstādīšanai ārpus telpām un iekštelpās: tie ne tikai izskatās citādi, bet tiem ir arī atšķirīgi izturības pret ārējām ietekmēm rādītāji (piemēram, ierīcēm, kas paredzētas lietošanai ārpus telpām, ir aizsardzība pret nokrišņiem un temperatūras svārstībām). Tiek izšķirti arī padmount un portatīvie transformatori; pēdējiem ir salīdzinoši neliels svars un izmēri.
• Tinuma tips. Transformatori var būt vienvolu un daudzvolu, spoles, serdes vai kopnes. Gan primārais, gan sekundārais tinums var būt atšķirīgs, un arī izolācija (sausa, porcelāna, bakelīta, eļļas, maisījuma u. c.) ir atšķirīga.
• Transformācijas soļu līmenis. Iekārta var būt vienpakāpes vai divpakāpju (kaskādes), 1000 V sprieguma robeža var būt minimālā vai maksimālā.
• Dizains. Saskaņā ar šo kritēriju ir divu veidu strāvas transformatori - ar eļļu iegremdēti un sausā tipa. Pirmajā gadījumā tinumi un magnētiskā serde atrodas traukā, kas satur speciālu eļļainu šķidrumu: tas pilda izolācijas funkciju un ļauj regulēt darba vides temperatūru. Otrajā gadījumā dzesēšana notiek ar gaisa dzesēšanu, un šādas sistēmas izmanto rūpnieciskās un dzīvojamās ēkās, jo paaugstināta ugunsbīstamības riska dēļ eļļas transformatorus nevar uzstādīt iekšpusē.
• Sprieguma veids. Transformatori var būt pazeminājuma un paaugstinājuma transformatori: pirmajā gadījumā primārā tinuma spriegums tiek samazināts, bet otrajā gadījumā primārā tinuma spriegums tiek palielināts.
• Vēl viens veids, kā klasificēt, ir izvēlēties strāvas transformatoru atkarībā no tā jaudas. Šis parametrs ir atkarīgs no iekārtas mērķa, pieslēgto patērētāju skaita un to īpašībām.

Parametri un īpašības

Izvēloties šādu aprīkojumu, jāņem vērā galvenie tehniskie parametri, kas ietekmē lietojumu klāstu un izmaksas. Galvenās funkcijas:

• Nominālā slodze vai jauda: izvēli var veikt, izmantojot transformatoru raksturlielumu salīdzinošo tabulu. Šī parametra vērtība nosaka citus strāvas stiprumus, jo tā ir stingri standartizēta un kalpo, lai noteiktu pareizu iekārtas darbību izvēlētajā precizitātes klasē.
• Nominālā strāva. Šī vērtība nosaka, cik ilgi ierīce var darboties bez pārkaršanas līdz kritiskai temperatūrai. Transformatoru iekārtām parasti ir ievērojama siltuma rezerve, un tās darbojas normāli, ja ir pārslogotas līdz 18-20%.
• Spriegums. Šī vērtība ir svarīga tinumu izolācijas kvalitātei un nodrošina vienmērīgu mašīnas darbību.
• Kļūdas. Šo parādību izraisa magnētiskā plūsma; kļūdas vērtība ir starpība starp precīzu primāro un sekundāro strāvu. Palielināts magnētiskais plūsmas daudzums transformatora serdenī veicina proporcionālu kļūdas palielināšanos.
• Transformācijas koeficients, kas ir strāvas attiecība primārajos tinumos pret sekundārajiem tinumiem. Koeficienta reālā vērtība atšķiras no nominālās vērtības par summu, kas vienāda ar enerģijas pārveidošanas zudumu pakāpi.
• Ierobežojuma daudzkārtība, ko izsaka kā faktiskās primārās strāvas attiecību pret nominālo strāvu.
• Sekundārā tinuma tinumos esošās strāvas daudzkārtība.

Strāvas transformatora galvenos datus nosaka jaudas koeficienta diagramma: tā ļauj pārbaudīt iekārtas raksturlielumus dažādos darba režīmos, sākot no brīvslodzes līdz pilnai slodzei.

Galvenās vērtības ir atzīmētas uz ierīces korpusa ar īpašu marķējumu. Tajā var būt arī informācija par iekārtas pacelšanas un uzstādīšanas metodi, brīdinājuma informācija par augstu spriegumu sekundārajos tinumos (virs 350 voltu), informācija par zemējuma plāksnes esamību. Enerģijas pārveidotājs ir marķēts ar uzlīmi vai krāsu.

Iespējamie defekti

Tāpat kā jebkura cita iekārta, arī transformatori laiku pa laikam neizdodas, un tiem nepieciešama speciālistu veikta apkope un diagnostika. Pirms ierīces pārbaudes ir svarīgi zināt, kādi defekti rodas un kādas pazīmes tiem atbilst:

• Nevienmērīgs troksnis korpusa iekšpusē, krakšķēšana. Šī parādība parasti norāda uz zemējuma elementa pārrāvumu, pārsegumu uz korpusa no tinuma vijumiem vai vaļēju to lokšņu piespiešanu, kas kalpo kā magnētiskā serde.
• Pārmērīga korpusa sildīšana, palielināta strāva patērētāja pusē. Problēmu var izraisīt tinumu īssavienojumi izolācijas slāņa nodiluma vai mehānisku bojājumu dēļ, biežas pārslodzes īssavienojumu dēļ.
• Saplaisājuši izolatori, slīdošas izlādes. Tie rodas, ja ražošanas defektus neatklāj pirms palaišanas, ja iekrīt svešķermeņi un ja pārklājas dažādu vērtību fāžu vadi.
• Eļļas emisijas, kuru laikā tiek pārrauta izplūdes konstrukcijas diafragma. Problēma ir saistīta ar starpfāžu īssavienojumiem, ko izraisa izolācijas nodilums, eļļas līmeņa pazemināšanās, sprieguma kritums vai pārsprieguma strāvas parādīšanās, ja notiek īssavienojums no gala uz galu.
• Eļļas noplūde no zem blīvēm vai transformatora krāniem. Galvenie cēloņi ir kļūdaina detaļu metināšana, vāji blīvējumi, bojātas blīves vai neatjaunoti vārstu aizbāžņi.
• Gāzes aizsardzības releja aktivizēšana. Šī parādība rodas, kad eļļa sadalās tinuma bojājuma, ķēdes atvēruma, slēdža kontaktu izdegšanas vai transformatora korpusa īssavienojuma gadījumā.
• Gāzes aizsardzības releja izslēgšana. Problēmu izraisa aktīva eļļas šķidruma sadalīšanās starpfāžu bojājuma, iekšējā vai ārējā pārsprieguma vai tā sauktā "tērauda ugunsgrēka" dēļ.
• Diferenciālā aizsardzība ir nostrādājusi. Šis defekts rodas, ja ir bojājums barotavas korpusā, ja fāzes pārklājas vai citos gadījumos.

Lai maksimāli uzlabotu ierīces funkcionalitāti, regulāri jāveic pārbaudes, izmantojot termokameru: ar šo ierīci var diagnosticēt kontaktu kvalitātes pasliktināšanos un darba temperatūras pazemināšanos. Pārbaudes laikā speciālisti veic šādas darbības:

• 1. Sprieguma un strāvas rādījumi.
  2. Iekraušanas pārbaude, izmantojot ārējo avotu.
  3. Darbības ķēdes parametru noteikšana.
  4. Transformācijas koeficienta aprēķināšana, vērtību salīdzināšana un analīze.

Transformatora aprēķins

Pamatprincipu nosaka formula U1/U2=n1/n2, kura elementus atšifrē šādi:

• U1 un U2 ir primārā un sekundārā vijuma spriegumi.
• n1 un n2 ir attiecīgi primārā un sekundārā tinuma skaits.

Lai noteiktu serdes šķērsgriezuma laukumu, tiek izmantota cita formula: S=1,15 * √PJauda tiek mērīta vatos, bet laukums - kvadrātcentimetros. Ja iekārtā izmantotā serde ir S burta formā, šķērsgriezuma laukumu aprēķina vidējai serdei. Lai noteiktu vijumu skaitu primārā līmeņa tinumā, izmantojiet formulu n=50*U1/S, ja komponents 50 nav nemainīgs, ieteicams to aizstāt ar 60, lai novērstu elektromagnētisko traucējumu rašanos. Vēl viena formula ir šāda. d=0,8*√Ikur d ir vadītāja šķērsgriezums un I ir strāvas intensitātes indekss, izmanto, lai aprēķinātu kabeļa diametru.

Aprēķinātie skaitļi tiek noapaļoti uz augšu (piemēram, aprēķinātā jauda 37,5 W tiek noapaļota uz leju līdz 40). Noapaļošana ir pieļaujama tikai uz augšu. Visas iepriekš minētās formulas tiek izmantotas, izvēloties transformatorus, kas darbojas 220 V tīklā; būvējot augstfrekvences līnijas, tiek izmantoti citi parametri un aprēķinu metodes.

Saistītie raksti: