Strömtransformatorer: utformning, funktionssätt och typer.

Strömtransformatorer används i stor utsträckning inom modern kraftteknik som utrustning för att ändra olika elektriska parametrar samtidigt som deras grundvärden bibehålls. Utrustningens funktion bygger på induktionslagen, som är relevant för magnetiska och elektriska fält som varierar sinusformigt. Transformatorn omvandlar primärströmsvärdet med avseende på modulering och vinkelöverföring i proportion till rådata. Valet av utrustning måste göras på grundval av användningsområdet och antalet anslutna konsumenter.

Vad är en strömtransformator?

De används inom industrin, kommunala och civila ingenjörer, industrin och andra områden för att applicera ström med definierade fysikaliska parametrar. Spänningen läggs på spolarna i den primära lindningen, där en växelström genereras som ett resultat av magnetisk strålning. Samma strålning går genom de återstående spolarna, vilket leder till att EMF-krafterna rör sig. När de sekundära spolarna kortslås eller ansluts till en elektrisk krets genereras en sekundär ström i systemet.

Moderna strömtransformatorer gör det möjligt att omvandla energi på ett sådant sätt att den inte skadar den utrustning som använder den. De gör det också möjligt att mäta högre belastningar med maximal säkerhet för maskiner och personal eftersom primär- och sekundärlindningarna är tillförlitligt isolerade från varandra.

Vad är transformatorer för?

Det är lätt att se vad en strömtransformator är bra för: dess användningsområden omfattar alla områden där energivärden omvandlas. Dessa anordningar är hjälpanordningar som används parallellt med mätinstrument och reläer för att skapa en växelströmskrets. I dessa fall omvandlar transformatorer energi för att göra det lättare att tyda parametrar eller för att ansluta utrustning med olika egenskaper i samma krets.

Transformatorer har också en mätfunktion: de används för att starta högspänningskretsar till vilka mätutrustning måste anslutas, men det är inte möjligt att göra det direkt. Deras huvudsakliga funktion är att överföra information om strömvärdena till de mätinstrument som är anslutna till sekundärlindningen. Det gör det också möjligt att övervaka strömmen i kretsen: när reläet används och det maximala strömvärdet uppnås aktiveras ett skydd som stänger av utrustningen för att förhindra att den brinner upp och skadar personalen.

Principen för drift

Denna utrustning fungerar enligt induktionslagen, där spänningen går in i primärlindningarna och strömmen övervinner det motstånd som skapas av lindningen, vilket leder till att magnetiskt flöde överförs till den magnetiska spolen. Flödet är vinkelrätt mot strömmen, vilket minimerar förlusterna, och när det passerar sekundärlindningarna aktiveras EMF. Detta inducerar en ström i systemet som är större än spolmotståndet, samtidigt som spänningen vid sekundärspolarnas utgångsände minskar.

Den enklaste konstruktionen av en transformator består därför av en metallkärna och ett par lindningar, som inte är anslutna till varandra utan består av isolerade trådar. I vissa fall är belastningen endast på primärlindningarna och inte på sekundärlindningarna: detta är det så kallade tomgångsläget. Om strömförbrukande utrustning är ansluten till den sekundära lindningen, strömmar en ström genom spolarna och en elektromotorisk kraft skapas. EMF bestäms av antalet lindningar. Förhållandet mellan den elektromotoriska kraften för de primära och sekundära lindningarna är känt som transformationsförhållandet, som beräknas utifrån förhållandet mellan antalet lindningar. Det är möjligt att reglera slutanvändarspänningen genom att ändra antalet primär- eller sekundärvarv.

Klassificering av strömtransformatorer

Det finns flera olika typer av strömtransformatorer som klassificeras enligt ett antal kriterier, bland annat syfte, installationsmetod, antal omvandlingssteg och andra faktorer. Dessa parametrar bör beaktas innan man väljer en strömtransformator:

• Syfte. Detta används för att skilja mellan mät-, mellan- och skyddsmodeller. Till exempel används mellantransformatorer för anslutning av enheter för beräkningsoperationer i reläskyddssystem och andra kretsar. Separata laboratorietransformatorer, som ger ökad noggrannhet hos indikatorerna, har ett stort antal omvandlingskoefficienter.
• Monteringsmetod. Det finns transformatorer för utomhus- och inomhusinstallation: de ser inte bara olika ut, utan har också olika indikatorer på motståndskraft mot yttre påverkan (till exempel har enheter för utomhusbruk skydd mot nederbörd och temperaturfluktuationer). Man skiljer också mellan transformatorer som är monterade på en plats och portabla transformatorer. De sistnämnda har jämförelsevis låg vikt och små dimensioner.
• Typ av lindning. Transformatorer kan vara en- eller flervolts-, spol-, kärn- eller samlingsskivanvända. Både den primära och sekundära lindningen kan vara olika, och isoleringen (torr, porslin, bakelit, olja, komposit etc.) är också olika.
• Nivån på omvandlingsstegen. Utrustningen kan vara en- eller tvåstegs (kaskad), spänningsgränsen på 1000 V kan vara minimal eller maximal.
• Utformning. Det finns två typer av strömtransformatorer enligt detta kriterium - oljedämpade och torra. I det första fallet ligger lindningarna och den magnetiska kärnan i en behållare som innehåller en speciell oljig vätska: den fungerar som isolering och gör det möjligt att reglera mediets arbetstemperatur. I det andra fallet är kylningen luftkyld och sådana system används i industri- och bostadsbyggnader, eftersom oljetransformatorer inte kan installeras inomhus på grund av den ökade brandrisken.
• Typ av spänning. Transformatorer kan vara nedtrappade och upptrappade: i det första fallet minskas spänningen på de primära lindningarna och i det andra fallet ökas spänningen.
• Ett annat sätt att klassificera är att välja en strömtransformator efter effekt. Denna parameter beror på utrustningens syfte, antalet anslutna konsumenter och deras egenskaper.

Parametrar och egenskaper

När du väljer sådan utrustning måste du ta hänsyn till de viktigaste tekniska parametrarna som påverkar användningsområdet och kostnaden. De viktigaste funktionerna är:

• Nominell belastning eller effekt: ett val kan göras med hjälp av jämförelsetabellen för transformatorns egenskaper. Värdet på denna parameter bestämmer de andra strömvärdena, eftersom det är strikt reglerat och tjänar till att definiera utrustningens normala funktion i den valda noggrannhetsklassen.
• Nominell ström. Detta värde bestämmer hur länge enheten kan fungera utan att överhettas till kritiska temperaturer. Transformatorutrustning har vanligtvis en betydande värmereserv och fungerar normalt när den är överbelastad med upp till 18-20 %.
• Spänning. Detta värde är viktigt för kvaliteten på lindningsisoleringen och säkerställer att maskinen fungerar smidigt.
• Fel. Detta fenomen orsakas av det magnetiska flödet; felvärdet är skillnaden mellan den exakta primär- och sekundärströmmen. Det ökade magnetiska flödet i transformatorns kärna bidrar till en proportionell ökning av felet.
• Transformationsförhållandet, som är förhållandet mellan strömmen i primärlindningarna och sekundärlindningarna. Koefficientens verkliga värde skiljer sig från det nominella värdet med ett belopp som motsvarar graden av energiförlust.
• Gränsmultiplicitet, uttryckt som förhållandet mellan den faktiska primärströmmen och den nominella strömmen.
• Multiplicitet av den ström som uppstår i sekundärlindningens lindningar.

Nyckeldata för en strömtransformator bestäms av ett effektfaktordiagram: detta gör det möjligt att undersöka utrustningens egenskaper i olika driftlägen, från nollbelastning till full belastning.

De viktigaste värdena är markerade på apparatens kropp med en särskild märkning. Den kan också innehålla information om hur utrustningen ska lyftas och installeras, varningsinformation om höga spänningar på sekundärlindningarna (över 350 volt), information om att det finns en jordningsmatta. Energiomvandlaren märks med ett klistermärke eller med färg.

Möjliga fel

Som med all annan utrustning går transformatorer sönder från tid till annan och kräver expertunderhåll med diagnos. Innan du kontrollerar apparaten är det viktigt att veta vilka fel som förekommer och vilka tecken som motsvarar dem:

• Ojämnt ljud i höljet, knastrande. Detta fenomen indikerar vanligtvis ett brott i jordningselementet, överlappning av huset från lindningsvarven eller en lös pressning av de plåtar som utgör den magnetiska kärnan.
• Överdriven uppvärmning av höljet, ökad ström på konsumentsidan. Problemet kan orsakas av kortslutningar i lindningen på grund av slitage eller mekanisk skada på isoleringsskiktet, frekventa överbelastningar till följd av kortslutningar.
• Spruckna isolatorer, glidande urladdningar. Dessa uppstår vid produktionsfel som inte upptäcks före start, vid inbrott av främmande föremål och vid överlappning mellan fasledningar med olika värden.
• Oljeutsläpp där membranen i avgasstrukturen brister. Problemet beror på kortslutningar mellan faserna som orsakas av slitage av isolering, sjunkande oljenivå, spänningsfall eller överströmmar vid kortslutning från en ända till en annan.
• Olja läcker under packningar eller i transformatorns kranar. De främsta orsakerna är felaktig svetsning av komponenter, svaga tätningar, förstörda packningar eller obearbetade ventilpluggar.
• Aktivering av gasskyddsreläet. Detta fenomen inträffar när oljan sönderdelas på grund av ett lindningsfel, öppen krets, utbrändhet i brytarkontakterna eller vid kortslutning till transformatorhuset.
• Stänga av gasskyddsreläet. Problemet orsakas av aktiv nedbrytning av oljevätskan till följd av ett interfasfel, intern eller extern överspänning eller på grund av en så kallad "stålbrand".
• Differentialskyddet har utlösts. Detta fel uppstår när det finns ett fel i matningshuset, när det finns en överlappning mellan faserna eller i andra fall.

För att maximera apparatens funktionalitet bör regelbundna kontroller utföras med hjälp av en värmekamera: utrustningen kan diagnostisera försämrad kontaktkvalitet och minskad driftstemperatur. Under kontrollen utför specialisterna följande typer av åtgärder:

• 1. Spännings- och strömvärden.
  2. Lastverifiering med hjälp av en extern källa.
  3. Fastställande av parametrarna i driftskretsen.
  4. Beräkning av omvandlingskvoten, jämförelse och analys av värdena.

Beräkning av en transformator

Grundprincipen definieras genom formeln U1/U2=n1/n2, vars beståndsdelar avkodas på följande sätt:

• U1 och U2 är spänningarna i primär- och sekundärvarv.
• n1 och n2 är antalet primär- respektive sekundärlindningar.

En annan formel används för att bestämma kärnans tvärsnittsarea: S=1,15 * √PEffekten mäts i watt och ytan i kvadratcentimeter. Om kärnan som används i utrustningen är formad som ett S, beräknas tvärsnittsarean för den mellersta kärnan. Använd formeln för att bestämma varvtalen i den primära nivålindningen. n=50*U1/S, Om komponenten 50 inte är oföränderlig rekommenderas att den ersätts med 60 för att förhindra elektromagnetiska störningar. En annan formel är d=0,8*√Idär d är ledarens tvärsnitt och I är strömstyrkeindex, används för att beräkna kabeldiametern.

De beräknade siffrorna avrundas uppåt (t.ex. den beräknade effekten 37,5 W avrundas nedåt till 40). Avrundning är endast tillåten uppåt. Alla ovanstående formler används för att välja transformatorer som används i 220 V-nätet; när högfrekventa ledningar byggs används andra parametrar och beräkningsmetoder.

Relaterade artiklar: