Soorten transformatoren
Een transformator is een statisch elektromagnetisch apparaat dat twee tot meerdere spoelen bevat die zich op een gemeenschappelijk magnetisch circuit bevinden en dus inductief met elkaar zijn verbonden. Het dient als een transformator om elektrische energie uit wisselstroom om te zetten door middel van elektromagnetische inductie zonder de frequentie van de stroom te veranderen. Transformatoren worden gebruikt voor zowel wisselspanningsomzetting als galvanische isolatie op verschillende gebieden van elektrotechniek en elektronica.
In alle eerlijkheid merken we op dat in sommige gevallen de transformator slechts één wikkeling (autotransformator) kan bevatten en de kern volledig afwezig kan zijn (HF - transformator), maar de meeste transformatoren hebben een kern (magnetisch circuit) gemaakt van zacht magnetisch ferromagnetisch materiaal, en twee of meer geïsoleerde band- of draadspoelen bedekt door een gemeenschappelijke magnetische flux, maar eerst in de eerste plaats. Laten we eens kijken wat voor soort transformatoren het zijn, hoe ze zijn gerangschikt en waarvoor ze worden gebruikt.
Transformator
Dit type laagfrequente (50-60 Hz) transformatoren wordt gebruikt in elektrische netwerken, maar ook in installaties voor het ontvangen en omzetten van elektrische energie. Waarom heet het macht? Omdat het dit type transformator is dat wordt gebruikt om elektriciteit te leveren en te ontvangen van en naar hoogspanningslijnen, waar de spanning kan oplopen tot 1150 kV.
In stedelijke elektrische netwerken bereikt de spanning 10 kV. Precies door krachtige laagfrequente transformatoren de spanning daalt ook naar de 0,4 kV, 380/220 volt die consumenten nodig hebben.
Structureel kan een typische vermogenstransformator twee, drie of meer wikkelingen bevatten die op een gepantserde elektrische stalen kern zijn aangebracht, waarbij enkele van de laagspanningswikkelingen parallel worden gevoed (transformator met gesplitste wikkeling).
Dit is handig voor het verhogen van de spanning die tegelijkertijd van meerdere generatoren wordt ontvangen. In de regel wordt de vermogenstransformator in een tank met transformatorolie geplaatst en bij bijzonder krachtige exemplaren wordt een actief koelsysteem toegevoegd.
Op onderstations en energiecentrales worden driefasige vermogenstransformatoren met een vermogen tot 4000 kVA geïnstalleerd. Driefasig komt vaker voor, aangezien verliezen tot 15% minder zijn dan bij drie eenfasig.
Net transformator
In de jaren tachtig en negentig waren lijntransformatoren in bijna elk elektrisch apparaat te vinden. Met behulp van een nettransformator (meestal enkelfasig) wordt de spanning van een 220 volt huishoudnet met een frequentie van 50 Hz teruggebracht tot het niveau dat een elektrisch apparaat nodig heeft, bijvoorbeeld 5, 12, 24 of 48 volt.
Lijntransformatoren worden vaak gemaakt met meerdere secundaire wikkelingen, zodat meerdere spanningsbronnen kunnen worden gebruikt om verschillende delen van het circuit van stroom te voorzien. Met name TN (incandescent transformer) transformatoren waren (en zijn) altijd te vinden in circuits waar radiobuizen aanwezig zijn.
Moderne lijntransformatoren zijn gebouwd op W-vormige, staafvormige of ringkernen van een set elektrische staalplaten waarop de spoelen zijn gewikkeld. De toroïdale vorm van het magnetische circuit maakt het mogelijk om een compactere transformator te verkrijgen.
Als we transformatoren vergelijken met hetzelfde totale vermogen van toroïdale en W-vormige kernen, zal de toroïdale minder ruimte innemen, bovendien wordt het oppervlak van het toroïdale magnetische circuit volledig bedekt door de wikkelingen, er is geen leeg juk, zoals de kast met gepantserde W-vormige of staafvormige kernen. Het elektriciteitsnet omvat met name lastransformatoren met een vermogen tot 6 kW. Nettransformatoren zijn natuurlijk geclassificeerd als laagfrequente transformatoren.
Automatische transformator
Een type laagfrequente transformator is een autotransformator waarin de secundaire wikkeling deel uitmaakt van de primaire of de primaire deel uitmaakt van de secundaire. Dat wil zeggen, in de autotransformator zijn de wikkelingen niet alleen magnetisch, maar ook elektrisch verbonden. Meerdere kabels zijn gemaakt van één spoel en stellen u in staat om verschillende spanningen uit slechts één spoel te halen.
Het belangrijkste voordeel van de autotransformator zijn de lagere kosten, aangezien er minder draad wordt gebruikt voor de wikkelingen, minder staal voor de kern, en als gevolg daarvan is het gewicht lager dan dat van een conventionele transformator.Het nadeel is het ontbreken van galvanische isolatie van de spoelen.
Autotransformatoren worden gebruikt in automatische besturingsapparaten en worden ook veel gebruikt in elektrische hoogspanningsnetwerken. Er is tegenwoordig veel vraag naar driefasige autotransformatoren met delta- of sterverbinding in elektrische netwerken.
Vermogen autotransformatoren zijn verkrijgbaar in capaciteiten tot honderden megawatt. Autotransformatoren worden ook gebruikt om krachtige AC-motoren te starten. Autotransformatoren zijn vooral handig voor lage transformatieverhoudingen.
Laboratorium autotransformator
Een speciaal geval van een autotransformator is een laboratoriumautotransformator (LATR). Hiermee kunt u de aan de gebruiker geleverde spanning soepel aanpassen. Het LATR-ontwerp is ringkern transformator met een enkele wikkeling die een niet-geïsoleerde "baan" heeft van bocht tot bocht, dat wil zeggen, het is mogelijk om verbinding te maken met elk van de windingen van de wikkeling. Spoorcontact wordt verzorgd door een glijdende koolborstel die wordt bediend door een draaiknop.
U kunt dus de effectieve spanning met verschillende grootten op de belasting krijgen. Met typische enkelfasige aandrijvingen kunt u spanningen accepteren van 0 tot 250 volt en driefasig - van 0 tot 450 volt. LATR's met een vermogen van 0,5 tot 10 kW zijn erg populair in laboratoria voor het afstemmen van elektrische apparatuur.
Huidige transformator
Huidige transformator wordt een transformator genoemd waarvan de primaire wikkeling is aangesloten op een stroombron en de secundaire wikkeling op beveiligings- of meetapparatuur met een lage interne weerstand. Het meest voorkomende type stroomtransformator is een instrumentstroomtransformator.
De primaire wikkeling van de stroomtransformator (meestal maar één winding, één draad) wordt in serie geschakeld in de schakeling waarin je de wisselstroom wilt meten. Het blijkt dat de stroom van de secundaire wikkeling evenredig is met de stroom van de primaire wikkeling, terwijl de secundaire wikkeling noodzakelijkerwijs moet worden belast, omdat anders de spanning van de secundaire wikkeling hoog genoeg kan zijn om de isolatie te verbreken. Als de secundaire wikkeling van de CT wordt geopend, zal het magnetische circuit eenvoudig doorbranden door de geïnduceerde niet-gecompenseerde stromen.
De constructie van de stroomtransformator is een kern van gelamineerd silicium, koudgewalst elektrisch staal, waarop een of meer geïsoleerde secundaire wikkelingen zijn gewikkeld. De primaire wikkeling is vaak gewoon een stroomrail of draad met een gemeten stroom die door het venster van het magnetische circuit gaat (dit principe wordt trouwens gebruikt door stroomtang). Het belangrijkste kenmerk van een stroomtransformator is de transformatieverhouding, bijvoorbeeld 100/5 A.
Stroomtransformatoren worden veel gebruikt voor stroommeting en in relaisbeveiligingscircuits. Ze zijn veilig omdat de gemeten en secundaire circuits galvanisch van elkaar gescheiden zijn. Typisch worden industriële stroomtransformatoren vervaardigd met twee of meer groepen secundaire wikkelingen, waarvan er één is aangesloten op beveiligingsapparaten, de andere op een meetapparaat, zoals meters.
Puls transformator
In bijna alle moderne netvoedingen, in verschillende omvormers, in lasmachines en in andere krachtige en laagvermogen elektrische omvormers worden pulstransformatoren gebruikt.Tegenwoordig hebben pulscircuits de zware laagfrequente transformatoren bijna volledig vervangen door gelamineerde stalen kernen.
Een typische pulstransformator is een ferrietkerntransformator. De vorm van de kern (magnetisch circuit) kan heel anders zijn: ring, staaf, kom, W-vormig, U-vormig. Het voordeel van ferriet ten opzichte van transformatorstaal ligt voor de hand: op ferriet gebaseerde transformatoren kunnen werken bij frequenties tot 500 kHz of meer.
Omdat de pulstransformator een hoogfrequente transformator is, worden de afmetingen aanzienlijk kleiner naarmate de frequentie toeneemt. Er is minder draad nodig voor de wikkelingen en de veldstroom is voldoende om een hoogfrequente stroom in de primaire lus te verkrijgen, IGBT of een bipolaire transistor, soms meerdere, afhankelijk van de topologie van het gepulseerde voedingscircuit (vooruit - 1, push-pull - 2, halve brug - 2, brug - 4).
Om eerlijk te zijn, merken we op dat als een omgekeerd voedingscircuit wordt gebruikt, de transformator in wezen een dubbele smoorspoel is, aangezien de processen van accumulatie en afgifte van elektriciteit in het secundaire circuit in de tijd gescheiden zijn, dat wil zeggen, ze gaan niet door gelijktijdig is het daarom met het flyback-regelcircuit nog steeds een smoorspoel maar geen transformator.
Pulscircuits met transformatoren en ferrietsmoorspoelen vind je tegenwoordig overal, van voorschakelapparaten van spaarlampen en opladers van allerlei gadgets tot lasapparaten en krachtige omvormers.
Puls stroomtransformator
Om de grootte en (of) richting van stroom in impulscircuits te meten, worden vaak impulsstroomtransformatoren gebruikt, die een ferrietkern zijn, vaak ringvormig (ringkern), met één wikkeling.Een draad wordt door de ring van de kern geleid, de stroom waarin moet worden onderzocht, en de spoel zelf wordt op een weerstand geladen.
De ring bevat bijvoorbeeld 1000 draadwikkelingen, dan is de verhouding van de stromen van de primaire (draad met schroefdraad) en de secundaire wikkeling 1000 op 1. Als de wikkeling van de ring wordt belast op een weerstand met een bekende waarde, dan is de spanning die erover wordt gemeten evenredig met de stroom van de spoel, wat betekent dat de gemeten stroom 1000 keer de stroom door deze weerstand is.
De industrie produceert impulsstroomtransformatoren met verschillende transformatieverhoudingen. Op zo'n transformator hoeft de ontwerper alleen nog maar een weerstand en een meetcircuit aan te sluiten. Als u de richting van de stroom wilt weten, niet de grootte ervan, dan wordt de wikkeling van de stroomtransformator eenvoudig opgeladen door twee tegenover elkaar liggende zenerdiodes.
Communicatie tussen elektrische machines en transformatoren
Elektrische transformatoren zijn altijd opgenomen in de cursussen elektrische machines die worden bestudeerd in alle elektrotechnische specialiteiten van onderwijsinstellingen. In wezen is een elektrische transformator geen elektrische machine, maar een elektrisch apparaat, aangezien er geen bewegende delen zijn waarvan de aanwezigheid een kenmerkend kenmerk is van elke machine als een soort mechanisme.Om deze reden zijn de genoemde cursussen, in om misverstanden te voorkomen, zou "cursussen elektrische machines en elektrische transformatoren" moeten worden genoemd.
De opname van transformatoren in alle cursussen elektrische machines heeft twee redenen.De ene is van historische oorsprong: dezelfde fabrieken die elektrische wisselstroommachines bouwden, bouwden ook transformatoren, omdat de loutere aanwezigheid van transformatoren wisselstroommachines een voordeel gaf ten opzichte van gelijkstroommachines, wat uiteindelijk leidde tot hun dominantie in de industrie. En nu is het onmogelijk om je een grote AC-installatie voor te stellen zonder transformatoren.
Met de ontwikkeling van de productie van wisselstroommachines en transformatoren werd het echter noodzakelijk om de productie van transformatoren te concentreren in speciale transformatorfabrieken. Het feit is dat vanwege de mogelijkheid om wisselstroom over lange afstanden over te dragen met behulp van transformatoren, de toename van de hogere spanning van transformatoren veel sneller was dan de toename van de spanning van elektrische machines met wisselstroom.
In het huidige ontwikkelingsstadium van elektrische wisselstroommachines is de hoogste rationele spanning voor hen 36 kV. Tegelijkertijd bereikte de hoogste spanning in daadwerkelijk geïmplementeerde elektrische transformatoren 1150 kV. Dergelijke hoge transformatorspanningen en hun werking op hoogspanningsleidingen die aan bliksem zijn blootgesteld, hebben geleid tot zeer specifieke transformatorproblemen die vreemd zijn aan elektrische machines.
Dit leidde tot de productie van technologische problemen die zo verschillend waren van de technologische problemen van de elektrotechniek dat de scheiding van transformatoren in onafhankelijke productie onvermijdelijk werd. Zo verdween de eerste reden - de industriële verbinding waardoor transformatoren dicht bij elektrische machines kwamen te staan.
De tweede reden is van fundamentele aard en bestaat erin dat de in de praktijk gebruikte elektrische transformatoren, evenals de elektrische machines, gebaseerd zijn op het principe van elektromagnetische inductie (wet van Faraday), - blijft een onwankelbare band tussen hen. Tegelijkertijd is kennis van de fysische processen in transformatoren absoluut noodzakelijk om veel verschijnselen in wisselstroommachines te begrijpen, en bovendien kan de theorie van een grote klasse wisselstroommachines worden teruggebracht tot de theorie van transformatoren, waardoor hun theoretische overweging wordt vergemakkelijkt.
Daarom neemt in de theorie van wisselstroommachines de theorie van transformatoren een sterke plaats in, waaruit echter niet volgt dat transformatoren elektrische machines kunnen worden genoemd. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat transformatoren een ander doel stellen en een ander energieomzettingsproces hebben dan elektrische machines.
Het doel van een elektrische machine is om mechanische energie om te zetten in elektrische energie (generator) of, omgekeerd, elektrische energie in mechanische energie (motor), terwijl we in een transformator te maken hebben met de omzetting van een soort wisselstroom elektrische energie in wisselstroom huidige elektrische energie. stroom van een ander soort.