Proiectarea și principiul de funcționare a transformatoarelor de putere

Un aparat electric cu două, trei sau mai multe înfășurări, instalat static într-o rețea electrică. Un transformator de putere variază tensiunea și curentul alternativ fără deviație de frecvență. Convertorul utilizat în alimentarea secundară se numește dispozitiv de reducere a puterii. Structurile de supratensiune măresc tensiunea și sunt utilizate în liniile de transport de înaltă tensiune cu putere, capacitate și capacitate ridicată.

Aplicații

Transformatoarele de putere fac parte din echipamentele utilizate pentru a genera energie electrică. Centralele electrice utilizează energie atomică, fosilă, solidă sau lichidă, funcționează pe gaz sau utilizează energie hidraulică, dar transformatoarele de ieșire din substații sunt esențiale pentru funcționarea normală a consumatorilor și a liniilor de producție.

Unitățile sunt instalate în rețelele de instalații industriale, întreprinderi rurale, complexe de apărare, exploatări de petrol și gaze. Scopul direct al unui transformator de putere - scăderea și creșterea tensiunii și a curentului - este utilizat pentru a opera în transporturi, locuințe, infrastructură comercială și instalații de distribuție a rețelei.

Părți și sisteme principale

Tensiunea de alimentare și sarcina sunt conectate la bucșe situate pe un bloc de borne interior sau exterior. Contactul este fixat cu șuruburi sau conectori speciali. La unitățile umplute cu ulei, bucșele sunt dispuse în exterior, pe părțile laterale ale rezervorului sau pe capacul carcasei detașabile.

Transferul de la înfășurările interne se realizează prin amortizoare flexibile sau tije filetate din metale neferoase. Transformatoarele de putere și carcasele acestora sunt izolate de stâlpi cu un strat de porțelan sau de plastic. Golurile sunt eliminate prin garnituri de etanșare realizate din material rezistent la ulei și lichide sintetice.

Răcitoarele reduc temperatura uleiului din zona superioară a rezervorului și o transferă în stratul inferior lateral. Unitatea de răcire a unui transformator de putere pe ulei este reprezentată de:

• un circuit extern care elimină căldura din mediu;
• Un circuit intern care încălzește uleiul.

Există diferite tipuri de răcitoare:

• radiatoare - un set de canale plate sudate la capăt, dispuse în plăci pentru a comunica între colectoarele inferioare și superioare;
• rezervoare ondulate - sunt instalate în unitățile de putere mică și medie și reprezintă atât rezervorul de scădere a temperaturii, cât și rezervorul de lucru cu pereți pliați și cutia de fund;
• ventilatoare - acestea sunt utilizate în unitățile mari de transformare pentru răcirea forțată a fluxului de aer;
• schimbătoare de căldură - utilizate în unitățile mari pentru a deplasa fluidele sintetice cu ajutorul unei pompe, deoarece organizarea circulației naturale necesită mult spațiu;
• unități apă-ulei - schimbătoare de căldură tubulare care utilizează tehnologia clasică;
• Pompe de circulație - modele etanșate ermetic cu motor complet scufundat, fără garnitură de etanșare.

Echipamentele de transformare a tensiunii sunt prevăzute cu regulatoare pentru a modifica numărul de bobine de funcționare. Tensiunea secundară este modificată prin intermediul unui comutator privind numărul de bobine sau setată prin intermediul unei conexiuni cu șuruburi, cu posibilitatea de a alege aranjarea jumperilor. Acesta este modul în care sunt conectate cablurile unui transformator cu împământare sau fără tensiune. Modulele de control convertesc tensiuni în intervale mici.

În funcție de condiții, regulatoarele de tensiune sunt împărțite în tipuri:

• unități care funcționează atunci când sarcina este deconectată;
• elemente care funcționează atunci când înfășurarea secundară este scurtcircuitată la rezistență.

Anexă

Releul de gaz se află în conducta de legătură dintre vasul de expansiune și cel de funcționare. Dispozitivul previne descompunerea substanțelor organice izolatoare, a uleiului în caz de supraîncălzire și deteriorarea minoră a sistemului. Dispozitivul reacționează la gazare în caz de defecțiuni, emite o alarmă sau oprește complet sistemul în cazul unui scurtcircuit sau al unui nivel periculos de scăzut al lichidului.

Termocuplurile sunt plasate în buzunare, deasupra rezervorului, pentru a măsura temperatura. Aceștia lucrează pe principiul calculului matematic pentru a identifica partea cea mai caldă a unității. Senzorii moderni se bazează pe tehnologia fibrei optice.

Unitatea de regenerare continuă este utilizată pentru recuperarea și purificarea uleiului. Se produce o zgură în ulei, iar aerul intră în ulei. Există două tipuri de unități de regenerare:

• unități termosifonice care utilizează mișcarea naturală ascendentă a straturilor încălzite și trec printr-un filtru, apoi coboară fluxurile răcite pe fundul rezervorului;
• unitățile de adsorbție de calitate forțează uleiul să treacă prin filtre cu ajutorul unei pompe, sunt amplasate separat pe fundație și sunt utilizate în circuitele convertoarelor supradimensionate.

Modulele de protecție a uleiului sunt un vas de expansiune de tip deschis. Aerul de deasupra suprafeței masei este trecut prin desicatori de silicagel. Agentul adsorbant devine roz la umiditate maximă, ceea ce servește drept semnal pentru înlocuirea acestuia.

O garnitură de ulei este instalată pe partea superioară a dispozitivului de expansiune. Acesta este un dispozitiv de reducere a umidității aerului care funcționează cu ulei uscat de transformator. Acesta este conectat la vasul de expansiune prin intermediul unei prize. Un vas este sudat pe partea superioară, cu o separare internă sub forma mai multor pereți în formă de labirint. Aerul curge prin ulei, îndepărtează umiditatea, apoi este curățat cu gel de silice și trece în conservatorul de ulei.

Dispozitive de control

Dispozitivul de suprapresiune previne o supratensiune de urgență din cauza unui scurtcircuit sau a unei descompuneri severe a uleiului și este prevăzut în proiectarea unităților de mare capacitate în conformitate cu GOST 11677-1975. Dispozitivul este conceput ca o țeavă de descărcare înclinată spre capacul transformatorului. La capăt există o diafragmă sigilată care poate fi pliată instantaneu și care permite trecerea gazelor de eșapament.

În plus, alte module sunt instalate în transformator:

1. Senzorii de nivel al uleiului din rezervor, prevăzuți cu un cadran sau sub forma unui tub de sticlă de vase comunicante, sunt plasați la capătul dispozitivului de expansiune.
2. Transformatoarele încorporate sunt amplasate în interiorul unității sau în apropierea furtunului de legare la pământ, pe partea laterală a bucșelor sau pe barele colectoare de joasă tensiune. În acest caz, nu este nevoie de un număr mare de invertoare separate în substația cu izolație internă și externă.
3. Detectorul de impurități combustibile și gaze detectează hidrogenul din masa de ulei și îl stoarce prin membrană. Dispozitivul arată gradul inițial de gazare înainte ca amestecul concentrat să facă să acționeze releul de monitorizare.
4. Debitmetrul monitorizează pierderile de ulei în substațiile care funcționează pe principiul reducerii forțate a temperaturii. Dispozitivul măsoară diferența de înălțime și determină presiunea de pe ambele părți ale obstacolului care apare în flux. În cazul unităților răcite cu apă, debitmetrele citesc consumul de umiditate. Elementele sunt prevăzute cu o alarmă în caz de defecțiune și cu un cadran pentru citirea valorilor.

Principiul funcțional și modurile de funcționare

Transformatorul simplu este echipat cu un miez de permalloy, ferită și două înfășurări. Circuitul magnetic include un set de elemente tip panglică, placă sau elemente turnate. Acesta deplasează fluxul magnetic generat de electricitate. Principiul unui transformator de putere este de a converti valorile curentului și tensiunii prin inducție, în timp ce frecvența și forma modelului de mișcare a particulelor încărcate rămâne constantă.

În cazul transformatoarelor de mărire, circuitul implică o tensiune secundară mai mare în comparație cu bobina primară. În cazul unităților de reducere, tensiunea de intrare este mai mare decât tensiunea de ieșire. Bobina cu înfășurări în spirală este plasată în vasul de ulei.

Atunci când curentul alternativ este pornit, în bobina primară se produce un câmp magnetic alternativ. Acesta se închide pe miez și afectează circuitul secundar. Se generează o forță electromotoare care este transmisă la sarcinile conectate la ieșirea transformatorului. Există trei moduri de funcționare:

1. Regimul de mers în gol este caracterizat de starea deschisă a bobinei secundare și de absența curentului în înfășurări. În bobina primară curge energie electrică în gol la 2-5% din valoarea nominală.
2. Funcționarea sarcinii are loc cu sursa de alimentare și consumatorii conectați. Transformatoarele de putere arată energia în două înfășurări, funcționarea în această reglementare este comună pentru unitate.
3. scurtcircuit, în care rezistența de pe bobina secundară rămâne singura sarcină. Acest mod permite detectarea pierderilor pentru a încălzi înfășurările miezului.

Modul inactiv

Electricitatea din bobina primară este egală cu curentul alternativ de magnetizare, iar curentul secundar este zero. În cazul unui miez feromagnetic, forța electromotoare a bobinei primare înlocuiește complet tensiunea de sursă și nu există curenți de sarcină. Funcționarea fără sarcină dezvăluie pierderile instantanee de comutare și curenții turbionari, determină compensarea puterii reactive pentru a menține tensiunile de ieșire necesare.

Într-o unitate fără un conductor feromagnetic nu există pierderi de variație a câmpului magnetic. Curentul fără sarcină este proporțional cu rezistența înfășurării primare. Capacitatea de a rezista la trecerea electronilor încărcați se transformă prin modificarea frecvenței curentului și a mărimii inducției.

Funcționarea în scurtcircuit

O mică tensiune alternativă este aplicată la bobina primară, iar ieșirile bobinei secundare sunt scurtcircuitate. Tensiunea de intrare este reglată astfel încât curentul de scurtcircuit să corespundă valorii calculate sau nominale a unității. Mărimea tensiunii de scurtcircuit determină pierderile în bobinele transformatorului și debitul față de materialul conductorului. O parte din curentul de curent continuu depășește rezistența și este transformată în energie termică, iar miezul se încălzește.

Tensiunea de scurtcircuit este calculată ca procent din valoarea nominală. Parametrul obținut la funcționarea în acest mod este o caracteristică importantă a unității. Înmulțind-o cu curentul de scurtcircuit, se obține capacitatea de pierdere.

Mod de operare

Atunci când o sarcină este conectată, în circuitul secundar se produce o mișcare de particule care determină un flux magnetic în conductor. Acesta este direcționat în direcția opusă fluxului produs de bobina primară. În bobina primară există o nepotrivire între forța electromotoare a inducției și sursa de alimentare. Curentul din bobina primară crește până când câmpul magnetic capătă valoarea sa inițială.

Fluxul magnetic al vectorului de inducție caracterizează trecerea câmpului printr-o suprafață selectată și este determinat de integrala în timp a indicelui forței instantanee din bobina primară. Indicele este deplasat în fază la 90˚ în raport cu forța de acționare. Forța electromagnetică indusă în circuitul secundar are aceeași formă și fază ca și cea din bobina primară.

Tipuri și tipuri de transformatoare

Unitățile de putere sunt utilizate în cazul conversiei curentului de înaltă tensiune și al capacităților mari, nu sunt utilizate pentru contorizarea rețelei. Instalarea este justificată în cazul în care există o diferență între tensiunea din rețeaua producătorului de energie și cea din circuitul care merge la consumator. În funcție de numărul de faze, instalațiile pot fi clasificate ca unități cu o singură bobină sau unități cu mai multe bobine.

Un convertor monofazat de putere este instalat static, caracterizat prin înfășurări cuplate inductiv reciproc, care sunt staționare. Miezul este proiectat ca un cadru închis și face diferența între o jug inferioară, o jug superioară și tije de bobină laterale. Elementele active sunt bobinele și circuitul magnetic.

Înfășurările de pe tije sunt dispuse în combinații prescrise în ceea ce privește numărul și forma bobinelor sau dispuse în mod concentric. Învelișurile cilindrice sunt cele mai comune și cele mai frecvent utilizate. Elementele structurale ale unității fixează piesele stației, izolează pasajele dintre bobine, răcesc piesele și previn spargerile. Izolația longitudinală acoperă bobinele individuale sau combinațiile de bobine de pe miez. Dielectricele principale sunt utilizate pentru a preveni tranziția dintre masă și înfășurări.

În circuitele electrice trifazate, se utilizează unități cu două și trei înfășurări pentru a distribui sarcina în mod egal între intrări și ieșiri, sau unități de substituție monofazate. Transformatoarele răcite cu ulei conțin un miez magnetic cu înfășurări care se află într-un rezervor de substanță.

Înfășurările sunt dispuse pe un conductor comun, cu circuite primare și secundare care interacționează prin generarea unui câmp comun, a unui curent sau a unei polarizări, deoarece electronii încărcați se deplasează într-un mediu magnetic. Această inducție generală face dificilă determinarea performanței instalației, de înaltă și joasă tensiune. Se utilizează un plan de înlocuire a transformatorului în care înfășurările interacționează într-un mediu electric și nu magnetic.

Principiul echivalenței se aplică la fluxurile de disipare a rezistențelor bobinelor inductive care conduc curentul. Se face o distincție între bobinele cu o rezistență de inductanță activă. Al doilea tip sunt bobinele cuplate magnetic care transmit particule fără a împrăștia fluxuri cu proprietăți minime de obstrucție.

Articole conexe: