ترانسفورماتورها نقش مهمی در مهندسی برق، انجام عملکردهای تبدیل، جداسازی، اندازه گیری و حفاظت دارند. یکی از رایج ترین وظایف دستگاه های این نوع تنظیم پارامترهای جریان فردی است. به ویژه، ترانسفورماتورهای ولتاژ (VT) عملکرد شبکه برق اولیه را از دیدگاه مصرف کنندگان به مقادیر بهینه تبدیل می کنند.
طراحی کلی تجهیزات
اساس فنی ترانسفورماتور توسط یک پرکننده الکترومغناطیسی تشکیل می شود که فرآیندهای عملکردی دستگاه را فراهم می کند. ابعاد تجهیزات ممکن است بسته به نیازهای بار قدرت در مدار متفاوت باشد. در یک طراحی معمولی، ترانسفورماتور دارای دستگاه های ورودی و خروجی جریان است و عناصر اصلی کار، وظایف تبدیل ولتاژ را انجام می دهند. مجموعه ای از عایق ها، فیوزها و یک دستگاه حفاظت رله مسئول اطمینان از قابلیت اطمینان و ایمنی فرآیندهای تکنولوژیکی هستند. در طراحی یک ترانسفورماتور ولتاژ پایین مدرنسنسورهایی برای ثبت پارامترهای عملیاتی فردی نیز ارائه شده است که نشانگرهای آنها به کنترل پنل ارسال می شود و مبنایی برای دستورات به مقامات نظارتی می شود. عملکرد قطعات الکتریکی به خودی خود نیاز به منبع تغذیه دارد، بنابراین، در برخی از تغییرات، مبدل ها با منابع برق مستقل - ژنراتورها، باتری ها، باتری ها تکمیل می شوند.
هسته های ترانسفورماتور
عناصر کلیدی کار VT به اصطلاح هسته ها (هسته های مغناطیسی) و سیم پیچ ها هستند. اولین دو نوع هستند - میله و زره. برای اکثر ترانسفورماتورهای فرکانس پایین تا فرکانس 50 هرتز، از هسته های میله ای استفاده می شود. در ساخت مدار مغناطیسی از فلزات خاصی استفاده می شود که ویژگی های آنها خواص کاری سازه را تعیین می کند، به عنوان مثال، عملکرد و مقدار جریان بدون بار. هسته یک ترانسفورماتور ولتاژ از ورقه های نازک آلیاژ تشکیل شده است که بین لایه های لاک و اکسید عایق شده است. میزان تأثیر جریان های گردابی مدار مغناطیسی به کیفیت این عایق بستگی دارد. نوع خاصی از هسته‌های حروفچینی نیز وجود دارد که ساختارهایی از بخش دلخواه، اما نزدیک به شکل مربع را تشکیل می‌دهند. این پیکربندی به شما امکان می دهد مدارهای مغناطیسی جهانی ایجاد کنید، اما آنها نقاط ضعفی نیز دارند. بنابراین، نیاز به سفت کردن پلاستیک های فلزی وجود دارد، زیرا کوچکترین شکاف ها باعث کاهش ضریب پرکننده ناحیه کار سیم پیچ می شود.
سیم پیچ ترانسفورماتور ولتاژ
معمولا از دو سیم پیچ استفاده می شود - اولیه و ثانویه. آنها هم از یکدیگر و هم از هسته جدا شده اند. سطح اول سیم پیچ با تعداد زیادی چرخش ساخته شده با یک سیم نازک متمایز می شود. این به آن اجازه می دهد تا شبکه های ولتاژ بالا (تا 6000-10000 ولت) مورد نیاز برای نیازهای تبدیل اولیه را ارائه دهد. سیم پیچ ثانویه برای تامین موازی ابزارهای اندازه گیری، دستگاه های رله و سایر تجهیزات الکتریکی کمکی طراحی شده است. هنگام اتصال سیم پیچ ترانسفورماتورهای ولتاژ، توجه به علامت گذاری روی پایانه های خروجی مهم است. به عنوان مثال، رله جهت قدرت، مولتی متر، آمپرمتر، وات متر و مترهای مختلف از طریق ابتدای سیم پیچ اولیه (نام A)، خط انتهایی (X)، ابتدای سیم پیچ ثانویه (a) و آن به سیم پیچ ها متصل می شوند. پایان (x). سیم پیچ اضافی با پیشوندهای خاص در نامگذاری نیز می تواند استفاده شود.
اتصالات نصب و تاسیسات اتصال به زمین
فهرست عناصر اضافی و دستگاه های کاربردی ممکن است بسته به نوع و ویژگی های ترانسفورماتور متفاوت باشد. به عنوان مثال، سازه های نفتی با نشانگر ولتاژ اولیه تا 10 کیلو ولت یا بیشتر با اتصالات برای پر کردن، تخلیه و نمونه برداری روانکارهای فنی ارائه می شوند. برای روغن، یک مخزن نیز با نازل ها و رگولاتورهایی در نظر گرفته شده است که جریان روان سیال را به مناطق مورد نظر کنترل می کند. کیت های اتصال معمولی اغلب شامل براکت ها با پیچ و مهره ها، اسپیگوت ها، اجزای رله، واشرهای مقوایی الکتریکی، عناصر فلنج و غیره است.ترانسفورماتورهای با ولتاژ روی سیم پیچ اولیه تا 660 ولت دارای گیره هایی با اتصال رزوه ای پیچ ها، ناودانی ها و پیچ های اندازه M6 هستند. اگر نشانگر ولتاژ بالاتر از 660 ولت باشد، اتصالات اتصال زمین باید دارای اتصالات سخت افزاری با فرمت نه کمتر از M8 باشد.
اصل عملکرد TH
عملکردها و فرآیندهای اصلی القای الکترومغناطیسی توسط مجموعه ای انجام می شود که شامل یک هسته فلزی با مجموعه ای از صفحات ترانسفورماتور، سیم پیچ های اولیه و ثانویه است. کیفیت دستگاه به دقت محاسبه پایه دامنه و زاویه جریان بستگی دارد. القای متقابل بین چندین سیم پیچ مسئول تبدیل در یک میدان الکترومغناطیسی است. جریان متناوب در یک ترانسفورماتور ولتاژ 220 ولت به طور مداوم در حال تغییر است و از یک سیم پیچ عبور می کند. طبق قانون فارادی، یک نیروی الکتروموتور در هر ثانیه یک بار القا می شود. در یک سیستم سیم پیچ بسته، جریان پیش فرض از مدار عبور می کند و به هسته فلزی نزدیک می شود. هرچه بار روی سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور کمتر باشد، ضریب تبدیل واقعی به مقدار اسمی نزدیکتر می شود. کار با اتصال سیم پیچ ثانویه به دستگاه های اندازه گیری به ویژه به درجه تبدیل بستگی دارد، زیرا کوچکترین نوسانات بار بر دقت اندازه گیری های وارد شده به مدار دستگاه تأثیر می گذارد.
انواع ترانسفورماتور
امروز، انواع زیر از TN رایج ترین هستند:
- ترانسفورماتور آبشاری - دستگاهی که در آن سیم‌پیچ اولیه به چند بخش متوالی تقسیم می‌شود و سیم‌پیچ‌های تساوی و اتصال وظیفه انتقال نیرو بین آنها را بر عهده دارند.
- VT زمینی - طرح‌های تک فاز، که در آن یک انتهای سیم‌پیچ اولیه محکم به زمین متصل می‌شود. همچنین می تواند ترانسفورماتورهای ولتاژ سه فاز با یک نول زمین شده از سیم پیچ اولیه باشد.
- Unearthed VT - دستگاهی با عایق سیم پیچ کامل با اتصالات مجاور.
- VT دو سیم پیچ - ترانسفورماتور با یک سیم پیچ ثانویه.
- VT های سه سیم پیچ ترانسفورماتورهایی هستند که علاوه بر سیم پیچ اولیه، یک سیم پیچ اصلی و ثانویه اضافی نیز دارند.
- VT خازنی - طرح هایی که با وجود جداکننده های خازنی مشخص می شوند.
ویژگی های VT های الکترونیکی
با توجه به شاخص های اصلی اندازه گیری، این نوع ترانسفورماتورها تفاوت کمی با دستگاه های الکتریکی دارند. این به این دلیل است که در هر دو مورد از کانال تبدیل سنتی استفاده می شود. ویژگی اصلی ترانسفورماتورهای الکترونیکی عدم وجود عایق ولتاژ بالا است که در نهایت به تأثیر فنی و اقتصادی بالاتر از عملکرد تجهیزات کمک می کند. در شبکه های فشار قوی با ولتاژ اولیه ترانسفورماتور ولتاژ تا 660 ولت، مبدل به صورت گالوانیکی به شبکه مرکزی متصل می شود. اطلاعات مربوط به جریان اندازه گیری شده با پتانسیل بالا منتقل می شود، همانطور که در مورد مبدل آنالوگ به دیجیتال با یک خروجی نوری وجود دارد. با این حالابعاد و وزن مدل های الکترونیکی به قدری کوچک است که امکان نصب واحدهای ترانسفورماتور را در زیرساخت اتوبوس های سیمی فشار قوی حتی بدون اتصال عایق های اضافی و سخت افزار نصب میسر می کند.
مشخصات ترانسفورماتور
مقدار اصلی فنی و عملیاتی پتانسیل ولتاژ است. در سیم پیچ اولیه، می تواند به 100 کیلو ولت برسد، اما در بیشتر موارد این امر در مورد ایستگاه های صنعتی با اندازه بزرگ شامل چندین ماژول تبدیل اعمال می شود. به عنوان یک قاعده، بیش از 10 کیلو ولت روی سیم پیچ اولیه پشتیبانی نمی شود. یک ترانسفورماتور ولتاژ برای شبکه های تک فاز با یک نول زمین شده اصلاً در 100 ولت کار می کند. در مورد سیم پیچ ثانویه، نشانگرهای ولتاژ اسمی آن به طور متوسط 24-45 ولت است. مجدداً دستگاه های اندازه گیری انرژی کم روی این مدارها سرویس می شوند که نیازی به بار توان بالایی ندارند. با این حال، سیم پیچ های ثانویه گاهی اوقات پتانسیل بالایی بیش از 100 ولت در شبکه های سه فاز دارند. همچنین، در ارزیابی ویژگی های یک ترانسفورماتور، مهم است که کلاس دقت را در نظر بگیرید - این مقادیر از 0، 1 تا 3 هستند که درجه انحراف را در تبدیل نشانگرهای الکتریکی هدف تعیین می کنند.
اثر فرورزونانس
دستگاه های الکترومغناطیسی اغلب در معرض انواع مختلفی از تأثیرات منفی و آسیب های مرتبط با نقض در عایق قرار می گیرند. یکی از رایج ترین فرآیندهای تخریب سیم پیچ، اختلال فرورزونانس است. باعث آسیب مکانیکی و گرمای بیش از حد می شود.سیم پیچ دلیل اصلی این پدیده غیر خطی بودن اندوکتانس نامیده می شود که در شرایط پاسخ ناپایدار مدار مغناطیسی به میدان مغناطیسی اطراف رخ می دهد. برای محافظت از ترانسفورماتور ولتاژ از اثرات فرورزونانس، اقدامات خارجی ممکن است، از جمله گنجاندن خازن ها و مقاومت های اضافی به دستگاه سوئیچ. در سیستم‌های الکترونیکی، امکان غیرخطی بودن القایی را نیز می‌توان با برنامه‌نویسی توالی خاموش کردن تجهیزات به حداقل رساند.
استفاده از تجهیزات
عملکرد دستگاه های ترانسفورماتور که ولتاژ را تبدیل می کنند توسط قوانین استفاده از مهندسی برق کنترل می شود. متخصصان با در نظر گرفتن مقادیر عملیاتی بهینه، پست ها را به زیرساخت تامین تاسیسات هدف معرفی می کنند. عملکردهای اصلی سیستم ها امکان خدمت رسانی به ساختمان ها و شرکت ها را با نیروگاه های قدرتمند می دهد و ولتاژ ثانویه ترانسفورماتور تا 100 ولت بار را برای مصرف کنندگان کم تقاضا مانند متر و دستگاه های اندازه گیری کنترل می کند. بسته به پارامترهای فنی و ساختاری، HP می تواند در صنعت، در صنعت ساختمان و در خانه استفاده شود. در هر مورد، ترانسفورماتورها کنترل توان الکتریکی را با تنظیم رتبه‌بندی‌های توان ورودی برای مطابقت با نیازهای رتبه‌بندی سایت خاص ارائه می‌کنند.
نتیجه گیری
ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی نسبتاً قدیمی، اما تا به امروز مورد تقاضا هستنداصل تنظیم توان در مدارهای الکتریکی فرسودگی این تجهیزات هم با طراحی تجهیزات و هم با عملکرد آن مرتبط است. با این وجود، این امر مانع استفاده از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ برای کارهای حیاتی مدیریت توان در شرکت های بزرگ نمی شود. علاوه بر این، نمی توان گفت که مبدل های این نوع به هیچ وجه مشمول بهبود نیستند. اگرچه اصول اولیه عملیات و حتی اجرای فنی به طور کلی یکسان است، مهندسان اخیراً به طور فعال روی سیستم های حفاظت و کنترل کار می کنند. در نتیجه، این امر بر ایمنی، قابلیت اطمینان و دقت ترانسفورماتورها تأثیر می گذارد.
