În ce constă un transformator simplu? Transformatoare. scopul transformatoarelor și aplicarea acestora. Posibile defecțiuni ale transformatoarelor de curent

Un transformator de curent este un dispozitiv de măsurare a cărui înfășurare primară (partea înaltă) este conectată la o sursă de curent electric alternativ, iar înfășurarea sa secundară (partea joasă) este conectată la instrumente de măsură sau la dispozitive de protecție cu impedanță joasă.

Mai precis, înfășurarea primară a oricărui transformator de curent este conectată numai în serie la circuitul electric de putere prin care circulă sarcina electrică. Dispozitivele de protecție, instrumentele de măsură și dispozitivele de măsurare a energiei electrice sunt conectate la înfășurarea secundară sau mai multe înfășurări secundare.

Principiul de funcționare al transformatorului de curent

Funcționarea unui transformator de curent convențional se bazează pe fenomenul fizic al inducției electromagnetice. Aceasta înseamnă că atunci când tensiunea este aplicată înfășurării primare, un curent alternativ va trece prin spirele sale, formând ulterior aspectul unui flux magnetic alternativ. Fluxul magnetic rezultat trece prin miez și pătrunde în spirele tuturor înfășurărilor transformatorului, inducând astfel forțe electromotoare (emf) în ele. Dacă înfășurarea secundară este scurtcircuitată sau când o sarcină este conectată la circuitul său, sub influența emf. un curent secundar va începe să curgă în spirele înfășurării.

Scopul transformatoarelor

Scopul general al transformatoarelor de curent este de a transforma (reduce) o cantitate mare de curent alternativ la valori care sunt convenabile și sigure pentru măsurare.

Transformatoarele de curent vă permit să măsurați în siguranță sarcini electrice mari pe rețelele de curent alternativ. Acest lucru este posibil prin izolarea înfășurării primare și a înfășurării secundare una de cealaltă.

În timpul producției, transformatoarele de curent sunt supuse unor cerințe stricte pentru calitatea izolației și acuratețea măsurătorilor sarcinilor electrice.

Un transformator de curent este un dispozitiv bazat pe un miez laminat din oțel special pentru transformator. Turnurile uneia, două sau chiar mai multor înfășurări secundare, izolate electric între ele, precum și din miez, sunt înfășurate pe miez (circuit magnetic).

În ceea ce privește înfășurarea primară, poate fi o bobină înfășurată și pe miezul transformatorului instrumentului. Cu toate acestea, cel mai adesea înfășurarea primară este o bară (placă) din aluminiu sau cupru. Nu mai rar, un transformator de curent nu are deloc o înfășurare primară. În acest caz, funcția înfășurării primare este îndeplinită de un conductor de putere care trece prin inelul transformatorului de curent. Acesta poate fi un miez separat al unui cablu electric.

Întreaga structură a transformatorului de curent este plasată într-o carcasă pentru a-l proteja de deteriorarea mecanică.

Principala caracteristică tehnică a fiecărui transformator de curent este raportul de transformare nominal. Valoarea sa este indicată pe o plăcuță specială (plăcuță de identificare) sub forma raportului dintre valoarea nominală a curentului primar și valoarea nominală a curentului secundar.

De exemplu, valoarea indicată de 400/5 înseamnă că cu o sarcină primară de 400A, un curent de 5A ar trebui să circule în circuitul secundar și, prin urmare, raportul de transformare va fi egal cu 80. Dacă este indicată valoarea 50/1 pe plăcuța de identificare, atunci raportul de transformare va fi egal cu 50.

Aproape fiecare transformator de curent are o anumită eroare. În funcție de valoarea sa, fiecărui transformator de curent i se atribuie propria sa clasă de precizie.

Clasificarea transformatoarelor

Există mai multe caracteristici după care transformatoarele de curent sunt împărțite.

În funcție de scopul lor, acestea sunt de măsurare, de protecție, precum și intermediare și de laborator.

Instrumentele de măsurare îndeplinesc funcția de măsurare. La acestea sunt conectate instrumente precum un ampermetru sau dispozitive de măsurare (contoare de energie electrică).
Transformatoarele de curent de protecție îndeplinesc funcția de protecție electrică împreună cu dispozitivele de protecție, astfel încât dispozitivele precum releele de curent sau dispozitivele digitale moderne de protecție de înaltă tensiune sunt conectate la ele.
Transformatoarele de curent intermediar sunt utilizate în circuitele de curent de protecție a releelor.
Dispozitivele de laborator au un grad foarte ridicat de precizie de măsurare. Ele pot avea, de asemenea, mai multe rapoarte de transformare diferite.

În funcție de tipul de instalație, transformatoarele de curent se împart în externŞi intern, precum și construite în interiorul echipamentelor electrice (în interiorul întrerupătoarelor de înaltă tensiune, în interiorul transformatoarelor de alimentare de alimentare etc.). În plus, transformatoarele de curent sunt aeriene și portabile. Transformatoarele portabile sunt folosite pentru a măsura sarcina curentă în condiții de laborator.

Conform designului înfășurării primare, există o singură rotație, multi-turnŞi obosi transformatoare de curent. În funcție de numărul de etape de transformare - una și două etape.

Pe baza tensiunii, transformatoarele de curent sunt împărțite în două grupuri - dispozitive cu tensiuni de până la 1000V și dispozitive cu tensiuni de peste 1000V.

Pe lângă transformatoarele de curent de măsurare convenționale, există și unele speciale, cum ar fi transformatoarele de curent cu secvență zero.

Principiul de funcționare:

Dispozitivul are 2 înfășurări, se numesc primare și secundare. Doar înfășurarea primară este conectată la o sursă externă, în timp ce înfășurarea secundară este proiectată pentru a elibera tensiunea.
Inclusiv infasurarea primara in reteaua electrica, se creează un câmp magnetic (alternant) în circuitul magnetic de la înfășurarea primară, în urma căruia se generează un curent de înfășurare secundară dacă este închis prin receptor.
Sincron în ambalajul primar este generat curent de sarcină.
De aici vine transformarea. energie electrică atunci când rețeaua primară o transmite celei secundare. Ca urmare, receptorul va primi valoarea pentru care este proiectat dispozitivul.

schema de lucru

Fenomenul de inducție reciprocă stă la baza funcționării unui transformator:

Pentru a îmbunătăți conexiune magnetică a 2 înfășurări, acestea sunt plasate pe miezul magnetic al structurii de oțel.
La rândul său, izolarea se face nu numai între ele, ci și cu circuitul magnetic.
Fiecare înfăşurare are propriul său marcaj. Dacă înfășurarea este cu tensiune înaltă, este desemnată (VN), joasă - (LV).
Înfășurare primară este conectat la sursa de alimentare, cel secundar este conectat la receptor.

Tensiunea de pe bobine are valori diferite, iar valoarea de pe bobine depinde de scopul pentru care va fi utilizat dispozitivul:

Transformator step-up va avea mai puțină tensiune pe învelișul primar decât pe al doilea.
Dispozitiv de coborâre, exact invers este adevărat.

Utilizările lor sunt diferite:

Pe distanțe lungi sunt folosite dispozitive de amplificare.
Dacă trebuie să distribuiți energie electrică către consumatori – reducerea.

Există dispozitive cu 3 înfășurări, când este necesar să se obțină nu numai tensiune înaltă și joasă, ci și o valoare medie (MV).

Bobinele unui astfel de dispozitiv sunt, de asemenea, izolate unele de altele și sunt conectate la electricitate printr-o bobină, atunci când celelalte 2 sunt conectate la receptoare diferite:

Învelișurile sunt de formă cilindricăși sunt realizate prin înfășurarea sârmei de cupru cu secțiune rotundă pentru curenți mici.
Pentru curent ridicat Se folosesc anvelope cu secțiune transversală dreptunghiulară.
Spre miezul magneticÎnvelișul este realizat pentru tensiune joasă, deoarece este ușor de izolat în comparație cu ambalarea unui rating ridicat.
Miezul în sine executat în formă rotundă, dacă ambalajul este în formă de cilindru. Acest lucru se face pentru a reduce golurile nemagnetice și pentru a reduce lungimea bobinelor. Prin urmare, masa de cupru pe o anumită zonă a secțiunii transversale a circuitului magnetic rotund va scădea și ea.
Tijă rotundă suferă un proces complex de asamblare din tablă de oțel. Și pentru a simplifica sarcina, dispozitivele de înaltă tensiune folosesc tije cu o secțiune transversală în trepte, când numărul lor ajunge la doar 17 bucăți.
În unități puternice Sunt instalate canale suplimentare de ventilație pentru a răci miezul magnetic. Acest lucru se realizează prin plasarea lor perpendiculară și paralelă pe suprafața tablelor de oțel.
În dispozitive mai puțin puternice miezul este realizat cu o secțiune transversală dreptunghiulară.

Scop și tipuri

transformator trifazat

Un transformator poate fi numit un convertor de o valoare de tensiune sau curent la alta.

Acestea pot fi:

trifazat;
monofazat;
în jos;
în creștere;
măsurare etc.;

Scopul dispozitivului: transmite și distribuie energie electrică către client.

Dispozitivul conține componente active: bobină și miez magnetic. La rândul său, miezul poate fi tijă sau armură. Folosesc oțel electric laminat la rece, laminat la cald.

Învelișul utilizat este continuu, șurub, cilindric sau disc.

Printre produsele moderne se pot remarca următoarele:

toroidal;
blindat;
tijă;

Au caracteristici asemănătoare între ele, cu fiabilitate ridicată. Singurul lucru care le diferențiază este metoda de fabricație.

În versiunea cu tijă, bobina este înfășurată în jurul miezului, în timp ce la tipul blindat este introdusă în miez. Prin urmare, la tipul de tijă, tapițeria se vede și este amplasată doar pe orizontală, dar la tipul armurii este ascunsă, dar poate fi amplasată atât pe orizontală, cât și pe verticală.

Indiferent de tipul pe care îl considerăm, are 3 componente:

sistem de racire;
ambalaj;
circuit magnetic;

Datorită dispozitivelor, este posibilă creșterea semnificativă a tensiunii provenite de la centrale electrice pe distanțe lungi, în timp ce pierderile de energie de-a lungul firelor vor fi minime. Pe baza celor de mai sus, este posibil să se utilizeze fire pe liniile de transmisie cu o zonă de secțiune transversală mai mică.

Consumatorul poate reduce, de asemenea, consumul de energie de la liniile de înaltă tensiune la valori nominale (380, 220, 127 V).

Domeniul de aplicare și tipurile

transformator la televizor

Transformatoarele de uz casnic protejează echipamentele în timpul supratensiunii.

Prin urmare, acestea sunt utilizate în următoarele dispozitive:

în iluminat;
osciloscoape;
televizoare;
radiouri;
aparate de măsură etc.;

Unitățile de sudură care separă rețelele de putere și de sudare sunt utilizate în mod activ în structurile de sudare și electrotermă, unde reduc cu succes tensiunea la valorile nominale necesare.

Rețeaua electrică utilizează unități alimentate cu ulei cu tensiuni de 6 și 10 kV.

Multe modele automate folosesc transformatoare, unde tensiunea de pe bobine nu este de aspirație.

Tipuri:

Rotire. Semnalul este transmis obiectelor care se rotesc. De exemplu, un înregistrator video, unde semnalul este transmis către tamburul ansamblului capului magnetic. Aici există 2 jumătăți ale circuitului magnetic și rotirea lor are loc cu un spațiu minim unul în raport cu celălalt. Pe baza acesteia, se realizează o viteză mare de rotații în metoda semnalului de contact nu se consideră posibilă obținerea unui astfel de efect.
Transformator de vârf. În această opțiune, tensiunea sinusoidală este convertită în vârfuri care au o formă de vârf. Ele sunt utilizate în mod activ în controlul tiristoarelor, precum și al dispozitivelor electronice și semiconductoare.
Coordonator. Ia parte la potrivirea rezistențelor în diferite intervale ale circuitului electronic, în timp ce forma semnalului este minim distorsionată. Izolarea galvanică între zonele circuitului este asigurată sincron.
Împărțirea. Aici cele 2 înfășurări nu sunt conectate electric între ele. Această schemă face posibilă creșterea siguranței rețelelor electrice. Când are loc o atingere simultană accidentală a unei piese sub tensiune și a pământului, se generează izolarea galvanică a circuitului electric.
Puls. În această opțiune, semnalele pulsului sunt convertite într-o perioadă foarte scurtă de timp (zeci de microsecunde), în timp ce curbura configurației pulsului este minimă.
Prin tensiune. Aici are loc conversia de înaltă tensiune în joasă tensiune. Această opțiune vă permite să izolați circuitele de măsurare și logice de înaltă tensiune.
Prin curent. Acest tip măsoară circuite de curent ridicat. De exemplu, în proiectele de panouri de relee ale sistemelor de alimentare electrică. Prin urmare, se aplică cerințe de precizie destul de stricte.
Autotransformator. În acest tip, cele două înfășurări sunt conectate direct. Ca urmare, se creează o conexiune electrică și electromagnetică, ceea ce explică eficiența ridicată a acestui tip. Dezavantajul unui astfel de dispozitiv este lipsa izolației, adică nu există izolare galvanică.
Putere. Această opțiune este utilizată cu curent variabil și convertește energia electrică în instalații și rețele de alimentare. Acest tip este utilizat pe scară largă pe liniile electrice de înaltă tensiune (35-750 kV), rețelele electrice urbane (10 și 6 kV).
Accelerație dublă. Prezența a 2 împachetări egale face posibilă obținerea unui accelerator mai eficient decât unul convențional. Ele sunt utilizate la intrarea filtrului în sursa de alimentare, precum și în echipamentele audio.
Transfluxor. Magnetizarea rămasă a firului magnetic este mare, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia pentru stocarea informațiilor.

Un pic de istorie

Invenția transformatoarelor a început în 1876, de către marele om de știință rus P.N. Yablokov. Apoi produsul său nu avea un miez închis, care a apărut mult mai târziu - 1884. Și odată cu apariția dispozitivului, oamenii de știință au devenit interesați activ de curentul alternativ.

De exemplu, deja în 1889, M.O. Dolivo-Dobrovolsky (inginer electrician rus) a propus un sistem de curent alternativ trifazat. El a construit primul cu 3 faze

În câțiva ani, electromecanicul și-a prezentat lucrările la o expoziție în care a avut loc o prezentare a unei linii trifazate de înaltă tensiune cu o lungime de 175 km, unde electricitatea a fost crescută și scăzută cu succes.

Puțin mai târziu, a venit rândul unităților de ulei, deoarece uleiul nu numai că s-a dovedit a fi un bun izolator, ci și un excelent mediu de răcire.

În secolul al XX-lea, au apărut produse mai compacte și mai economice. Producătorii produselor erau companii străine. În prezent, companiile autohtone sunt, de asemenea, angajate în producție.

Când se operează sisteme de energie, este adesea nevoie de a converti anumite cantități electrice în analogi similari cu valori modificate proporțional. Acest lucru vă permite să simulați anumite procese în instalațiile electrice și să efectuați măsurători în siguranță.

Funcționarea unui transformator de curent (TC) se bazează pe funcționarea în câmpuri electrice și magnetice care variază în forma armonicilor de mărimi sinusoidale variabile.

Convertește valoarea primară a vectorului curent care curge în circuitul de putere într-o valoare redusă secundară, menținând proporționalitatea modulului și transferul precis al unghiului.

Principiul de funcționare al transformatorului de curent

Diagrama ilustrează procesele care au loc în timpul transformării energiei electrice în interiorul unui transformator.

Curentul I1 circulă prin înfășurarea primară a puterii cu numărul de spire w1, depășind rezistența sa totală Z1. În jurul acestei bobine se formează un flux magnetic F1, care este captat de un circuit magnetic situat perpendicular pe direcția vectorului I1. Această orientare asigură pierderi minime de energie electrică atunci când este transformată în energie magnetică.

Traversând spirele situate perpendicular ale înfășurării w2, fluxul F1 induce în ele o forță electromotoare E2, sub influența căreia apare un curent I2 în înfășurarea secundară, depășind rezistența totală a bobinei Z2 și sarcina de ieșire conectată Zn. În acest caz, la bornele circuitului secundar se formează o cădere de tensiune U2.

Se numește valoarea lui K1, determinată de raportul vectorilor I1/I2 raportul de transformare. Valoarea sa este stabilită la proiectarea dispozitivelor și este măsurată în structurile finite. Diferențele dintre indicatorii modelelor reale și valorile calculate sunt evaluate prin caracteristici metrologice - clasa de precizie a transformatorului de curent.

În munca reală, valorile curente din înfășurări nu sunt valori constante. Prin urmare, raportul de transformare este de obicei notat cu valori nominale. De exemplu, expresia sa 1000/5 înseamnă că la un curent primar de funcționare de 1 kiloamperi, în spirele secundare va acționa o sarcină de 5 amperi. Pe baza acestor valori se calculează funcționarea pe termen lung a acestui transformator de curent.

Fluxul magnetic F2 din curentul secundar I2 reduce valoarea fluxului F1 în circuitul magnetic. În acest caz, fluxul transformatorului Фт creat în el este determinat de însumarea geometrică a vectorilor Ф1 și Ф2.

Factori periculoși la funcționarea unui transformator de curent

Posibilitatea de rănire din cauza potențialului de înaltă tensiune în timpul defecțiunii izolației

Deoarece circuitul magnetic CT este realizat din metal, are o conductivitate bună și conectează magnetic înfășurările izolate (primare și secundare) între ele, există un risc crescut de rănire electrică a personalului sau deteriorare a echipamentului dacă stratul izolator este deteriorat.

Pentru a preveni astfel de situații, se folosește împământarea unuia dintre bornele secundare ale transformatorului pentru a drena potențialul de înaltă tensiune prin acesta în caz de accidente.

Acest terminal este întotdeauna marcat pe corpul dispozitivului și este indicat pe schemele de conectare.

Posibilitatea de rănire din cauza potențialului de înaltă tensiune atunci când circuitul secundar se întrerupe

Bornele înfășurării secundare sunt marcate cu „I1” și „I2”, astfel încât direcția curenților de curgere să fie polară și să coincidă peste toate înfășurările. Când transformatorul funcționează, ele trebuie să fie întotdeauna conectate la sarcină.

Acest lucru se explică prin faptul că curentul care trece prin înfășurarea primară are o putere (S=UI) de potențial ridicat, care se transformă într-un circuit secundar cu pierderi reduse, iar atunci când are loc o întrerupere, componenta de curent scade brusc. la valorile scurgerilor prin mediu, dar în același timp scăderea crește semnificativ stresul asupra secțiunii sparte.

Potențialul la contactele deschise ale înfășurării secundare atunci când curentul trece prin circuitul primar poate ajunge la câțiva kilovolți, ceea ce este foarte periculos.

Prin urmare, toate circuitele secundare ale transformatoarelor de curent trebuie întotdeauna asamblate în mod fiabil, iar scurtcircuitele de șunt trebuie întotdeauna instalate pe înfășurări sau miezuri scoase din funcțiune.

Soluții de proiectare utilizate în circuitele transformatoarelor de curent

Orice transformator de curent, ca dispozitiv electric, este conceput pentru a rezolva anumite probleme în timpul funcționării instalațiilor electrice. Industria le produce într-un sortiment mare. Cu toate acestea, în unele cazuri, atunci când îmbunătățiți designul, poate fi mai ușor să utilizați modele gata făcute cu tehnologii dovedite decât să reproiectați și să fabricați altele noi.

Principiul creării unui CT cu o singură tură (în circuitul primar) este de bază și este prezentat în imaginea din stânga.

Aici înfășurarea primară, acoperită cu izolație, este realizată dintr-o magistrală dreaptă L1-L2 care trece prin miezul magnetic al transformatorului, iar înfășurarea secundară este înfășurată în jurul acesteia și conectată la sarcină.

Principiul creării unui CT cu mai multe ture cu două miezuri este prezentat în dreapta. Aici sunt luate două transformatoare cu o singură tură cu circuitele lor secundare și un anumit număr de spire ale înfășurărilor de putere sunt trecute prin miezurile lor magnetice. În acest fel, nu numai că puterea este crescută, ci și numărul de circuite conectate la ieșire crește suplimentar.

Aceste trei principii pot fi modificate în diferite moduri. De exemplu, utilizarea mai multor înfășurări identice în jurul unui miez magnetic este larg răspândită pentru a crea circuite secundare separate, independente, care funcționează autonom. Ele sunt de obicei numite miezuri. În acest fel, întrerupătoarele sau liniile de protecție (transformatoare) cu scopuri diferite sunt conectate la circuitele de curent ale unui transformator de curent.

Dispozitivele echipamentelor de putere utilizează transformatoare de curent combinate cu un miez magnetic puternic, utilizate în modurile de urgență pe echipament, și unul convențional, destinat măsurătorilor la parametrii nominali de rețea. Înfășurările înfășurate în jurul fierului armat sunt folosite pentru a opera dispozitive de protecție, în timp ce cele obișnuite sunt folosite pentru a măsura curentul sau puterea/rezistența.

Iată cum se numesc:

înfășurări de protecție marcate cu indicele „P” (releu);

măsurare, desemnată prin numere ale clasei de precizie metrologică TT, de exemplu, „0,5”.

În timpul funcționării normale a transformatorului de curent, înfășurările de protecție asigură măsurarea vectorului de curent primar cu o precizie de 10%. Din cauza acestei valori, ele sunt numite „zece procente”.

Erori de măsurare

Principiul determinării preciziei unui transformator vă permite să evaluați circuitul echivalent al acestuia prezentat în imagine. În ea, toate valorile cantităților primare sunt reduse condiționat la acțiune în turele secundare.

Circuitul echivalent descrie toate procesele care funcționează în înfășurări, ținând cont de energia cheltuită pentru magnetizarea miezului cu curentul I.

Diagrama vectorială construită pe baza acesteia (triunghiul SB0) indică faptul că curentul I2 diferă de valorile lui I’1 prin valoarea I us (magnetizare).

Cu cât aceste abateri sunt mai mari, cu atât este mai mică precizia transformatorului de curent. Pentru a lua în considerare erorile de măsurare CT, au fost introduse următoarele concepte:

eroare relativă de curent, exprimată ca procent;

eroare unghiulară calculată prin lungimea arcului AB în radiani.

Valoarea absolută a abaterii vectorilor de curent primar și secundar este determinată de segmentul AC.

Proiectele industriale generale ale transformatoarelor de curent sunt realizate pentru funcționarea în clase de precizie determinate de caracteristicile 0,2; 0,5; 1,0; 3 și 10%.

Aplicarea practică a transformatoarelor de curent

O varietate de modele ale acestora poate fi găsită atât în dispozitivele electronice mici găzduite într-o carcasă mică, cât și în dispozitivele energetice care ocupă dimensiuni semnificative de câțiva metri.Ele sunt împărțite în funcție de caracteristicile operaționale.

Clasificarea transformatoarelor de curent

În funcție de scopul lor, acestea sunt împărțite în:

aparate de masura care transmit curenti catre instrumentele de masura;
protectoare, conectate la circuitele de protectie curent;
laborator, cu o clasă ridicată de precizie;
cele intermediare folosite pentru conversia repetată.

Când se operează instalații, se folosesc CT:

instalarea exterioară în aer liber;

pentru instalatii inchise;

încorporat în echipament;

deasupra capului - puneți bucșa;

portabil, permițându-vă să efectuați măsurători în diferite locuri.

Pe baza tensiunii de funcționare a echipamentelor CT, există:

tensiune înaltă (mai mult de 1000 volți);

pentru valori de tensiune nominală de până la 1 kilovolt.

Transformatoarele de curent sunt, de asemenea, clasificate în funcție de metoda materialelor izolatoare, numărul de etape de transformare și alte caracteristici.

Sarcini îndeplinite

Pentru a opera circuite de măsurare a energiei electrice, linii de măsurare și protecție sau autotransformatoare de putere, se folosesc transformatoare de curent de măsurare la distanță.

Fotografia de mai jos arată amplasarea lor pentru fiecare fază a liniei și instalarea circuitelor secundare în cutia de borne pe un tablou de distribuție exterior de 110 kV pentru un autotransformator de putere.

Aceleași sarcini sunt îndeplinite de transformatoarele de curent la aparatele de distribuție exterioare de 330 kV, dar având în vedere complexitatea echipamentelor de tensiune mai mare, acestea au dimensiuni semnificativ mai mari.

Pe echipamentele de alimentare, se folosesc adesea modele de transformatoare de curent încorporate, care sunt plasate direct pe corpul unității de alimentare.

Au înfășurări secundare cu fire plasate în jurul intrării de înaltă tensiune într-o carcasă etanșă. Cablurile de la bornele CT sunt direcționate către cutiile de borne atașate aici.

În interiorul transformatoarelor de curent de înaltă tensiune, uleiul special de transformator este cel mai adesea folosit ca izolator. Un exemplu de astfel de proiectare este prezentat în imagine pentru transformatoarele de curent din seria TFZM, proiectate să funcționeze la 35 kV.

Până la 10 kV inclusiv, materiale dielectrice solide sunt utilizate pentru izolarea între înfășurări la fabricarea carcasei.

Un exemplu este transformatorul de curent marca TPL-10, utilizat în KRUN, aparate de comutare închise și alte tipuri de aparate de comutare.

Un exemplu de conectare a circuitului de curent secundar al unuia dintre miezurile de protecție REL 511 pentru un întrerupător de circuit de linie de 110 kV este prezentat într-o diagramă simplificată.

Defecțiuni ale transformatorului de curent și cum să le găsiți

Atunci când un transformator de curent este pornit sub sarcină, rezistența electrică a izolației înfășurărilor sau conductivitatea acestora pot fi perturbate sub influența supraîncălzirii termice, a influențelor mecanice accidentale sau din cauza instalării de proastă calitate.

În echipamentele de exploatare, izolația este cel mai adesea deteriorată, ceea ce duce la scurtcircuite între tururi ale înfășurărilor (reducerea puterii transmise) sau la apariția curenților de scurgere prin circuite create aleatoriu, până la un scurtcircuit.

Pentru a identifica zonele de instalare de proastă calitate a circuitului de alimentare, se efectuează inspecții periodice ale circuitului de funcționare cu camere termice. Pe baza acestora, defectele contactelor rupte sunt eliminate cu promptitudine, iar supraîncălzirea echipamentului este redusă.

Absența scurtcircuitelor între tururi este verificată de specialiști din laboratoarele de automatizare și protecție a releelor:

luarea caracteristicii curent-tensiune;

încărcarea transformatorului de la o sursă externă;

măsurători ale parametrilor principali din schema de lucru.

De asemenea, ei analizează valoarea coeficientului de transformare.

În toate lucrările, relația dintre vectorii curenților primari și secundari este evaluată în magnitudine. Abaterile unghiulare ale acestora nu sunt efectuate din cauza lipsei dispozitivelor de măsurare a fazelor de înaltă precizie, care sunt utilizate la verificarea transformatoarelor de curent din laboratoarele de metrologie.

Testele de înaltă tensiune ale proprietăților dielectrice sunt atribuite specialiștilor din laboratorul de servicii de izolație.

Un transformator este un dispozitiv electromagnetic static conceput pentru a converti curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni de aceeași frecvență.

Transformatoarele cu o înfășurare primară și una secundară se numesc două înfășurări. Dacă un transformator are mai multe înfășurări primare și secundare, atunci astfel de transformatoare sunt numite multi-înfășurare.

În funcție de numărul de faze, transformatoarele sunt monofazate și trifazate, precum și cu alte numere de faze. Astfel de transformatoare sunt utilizate în dispozitive speciale.

Transformatoarele pot fi împărțite în putere și speciale. Transformatoarele de putere sunt proiectate pentru putere mare și sunt utilizate în sistemele de alimentare atunci când transmit energie electrică de la centralele electrice către consumatori. Pentru a furniza energie diferitelor sisteme radio-electronice și de comutare, se folosesc transformatoare speciale de putere redusă.

Transformatoarele speciale (autotransformatoare, transformatoare pentru conversia numărului de faze și frecvență, redresare, măsurare, rotire etc.) sunt utilizate într-o mare varietate de sisteme de electronică radio și telecomunicații, precum și sisteme de automatizare și control.

Principalele părți ale transformatorului sunt miezul magnetic și înfășurările.

Miezul magnetic (miezul) servește la întărirea conexiunii electromagnetice dintre înfășurări. Miezurile transformatoarelor sunt asamblate din foi de oțel electric sau din benzi de oțel laminate la rece pentru a reduce pierderile de energie din curenții turbionari și histerezis. La fabricarea miezurilor magnetice pentru transformatoare de putere redusă se folosesc oțeluri electrice cu o grosime de 0,35 - 0,5 mm.

Înfășurările transformatorului constau dintr-o înfășurare primară și secundară, care sunt realizate din fire de cupru cu secțiune transversală rotundă sau dreptunghiulară. Cel mai adesea, pentru înfășurările transformatoarelor de putere mică, se utilizează sârmă cu clase de izolare email, precum și cu grad de izolație din bumbac PBD. Înfășurările sunt realizate sub formă de bobine cilindrice cu mai multe spire și sunt așezate pe un cadru din carton electric sau alt material izolator. Proiectarea înfășurărilor transformatorului trebuie să satisfacă condițiile de rezistență electrică și mecanică ridicată, precum și rezistență la căldură. La transformatoarele de înaltă tensiune, înfășurările constau din două bobine. În acest caz, se obține o bună izolație a înfășurărilor între ele. Dezavantajul acestui aranjament al înfășurărilor este o disipare mare a fluxului magnetic.

Un transformator blindat folosește o bobină în loc de două. Acest lucru are ca rezultat un factor de umplere ridicat al ferestrei, iar înfășurările vor fi protejate de deteriorări mecanice. Pe fiecare tijă există o bobină cu două înfășurări - primară și secundară.

Înfășurarea conectată la sursa de alimentare se numește primar , iar la sarcină - secundar (într-un transformator cu mai multe înfășurări pot exista mai multe înfășurări secundare). Figura 2.1 prezintă o diagramă a unui transformator monofazat conectat la sarcină.

Transformator (a transforma, transforma) este un dispozitiv electromagnetic de tip static care conține două sau mai multe înfășurări conectate inductiv. Folosind metoda inducției electromagnetice, transformă curentul alternativ în curent continuu. Constă din bobine izolate de sârmă sau bandă (înfășurări) supuse influența fluxului magnetic general, înfăşurat pe un miez de material moale feromagnetic.

Câteva despre etapele de dezvoltare

În producția de transformatoare se folosesc proprietățile materialelor: metalice, magnetice, nemetalice. Mulți cercetători din trecut și-au aplicat cunoștințele și descoperirile pentru a produce echipamente moderne. A.G. Stoletov a descoperit o buclă de histerezis și o structură specială a unui aliaj feromagnetic. Teoria circuitelor electromagnetice a fost dezvoltată de Frații Hopkinson.

Inducția electromagnetică a fost descoperită de M. Faraday acest fenomen stă la baza funcționării unui transformator. Designul primului transformator a apărut pentru prima dată în lucrarea lui Henry și Faraday în 1831. Dar oamenii de știință nu au considerat încă dispozitivul ca un convertor de curent alternativ.

mecanic francezîn 1848 a brevetat o bobină de inducție, care a devenit prototipul transformatorului. În 1876 pentru prima dată a inventat transformatorul Yablochkov P. N.. , dispozitivul era o tijă cu mai multe înfășurări. Transformatoarele cu miezuri închise au fost proiectate de frații Hopkins în 1884.

Folosind răcirea cu ulei dispozitivul a început să-și îndeplinească funcțiile în mod mai fiabil. Dispozitivul a fost plasat în vase ceramice cu ulei, ceea ce a dus la o fiabilitate crescută a înfășurărilor. Inventatorul rus mecanic M. O. Dolivo-Dobrovolsky a proiectat primul motor asincron trifazat, un sistem de curent alternativ trifazat și a realizat pentru prima dată un transformator trifazat cu o putere de 230 kW, care funcționează la o tensiune de 5 V. .

Transformatoare de putere a început producția în 1928 odată cu deschiderea Uzinei de transformare din Moscova. La începutul anilor 1900, un metalurgist englez a făcut prima tonă de oțel pentru transformatoare pentru producția de miez. Și la începutul anilor 30 ai secolului XX, s-a remarcat apariția saturației magnetice cu 50%, o scădere a pierderilor de histerezis de 4 ori și o creștere a permeabilității magnetice de 5 ori cu utilizarea combinată a încălzirii și rulării.

Tipuri de transformatoare

Autotransformator

Aceasta este o variantă a unui transformator, al cărui principiu de funcționare este conectarea directă a înfășurărilor secundare și primare, conexiunile electrice și electromagnetice pot fi urmărite în înfășurări. Pentru a conecta și a obține tensiuni diferite, în înfășurare sunt prevăzute mai multe terminale. Acest tip de dispozitiv funcționează cu o eficiență ridicată, deoarece doar o anumită parte a puterii este convertită, ceea ce este important atunci când diferența dintre tensiunea de intrare și de ieșire este mică.

Caracteristicile negative includ absența izolației galvanice (stratul izolator) între circuitele secundar și primar. Autotransformatoarele sunt utilizate în locul unităților convenționale pentru a conecta circuite împământate cu niveluri de tensiune de la 110 kW, în timp ce raportul de transformare nu trebuie să depășească citirea de 3-4.

Lucrul pozitiv este costul redus datorită greutății mai mici a miezului de oțel și a firelor de cupru, de unde și greutatea redusă a dispozitivului și dimensiunile reduse.

Putere

Un dispozitiv standard comun pentru conversia energiei electrice în rețele și dispozitive care primesc și utilizează energie electrică.

Principiul de funcționare și proiectarea transformatorului constă în furnizarea de energie de la o sursă electrică. Cea mai relevantă este utilizarea pentru reducerea indicatorilor de curent primar la o valoare utilizată în circuitele de măsurare și protecție, semnalizare și control. În înfășurarea secundară, se notează indicatori de curent de 5 A sau 1 A. Aparate de măsurare sunt conectate la înfășurarea secundară, iar circuitul în care se măsoară curentul este conectat la înfășurarea primară. Pentru a calcula curentul din a doua înfășurare utilizați citirile din înfășurarea primară și împărțiți la raportul de transformare.

Acest dispozitiv pentru convertirea citirilor de înaltă tensiune la valori scăzute în circuitele standard, liniile de măsurare și protecția cu relee și circuitele de automatizare. Dispozitivul este alimentat de o sursă de tensiune electrică și izolează circuitele logice de protecție și circuitele de măsurare de circuitele de înaltă tensiune.

Acțiunea pulsului

Dispozitivul este folosit pentru a converti semnalele de impuls cu o distorsiune minimă a formei și o durată de până la zeci de microsecunde. Folosit în principal pentru transmiterea impulsurilor dreptunghiulare (cea mai abruptă tăietură și față, fluctuație de amplitudine aproximativ constantă). Este folosit pentru a converti impulsuri video scurte care se repetă în mod constant, sarcina principală este de a transmite impulsurile transformate în forma lor originală și nedistorsionată. La ieșirea înfășurărilor, este necesar să se obțină aceeași formă a impulsului de tensiune, dar uneori polaritatea sau amplitudinea se modifică.

Tip de împărțire

Înfășurările primare și secundare ale acestui dispozitiv nu sunt conectate în niciun fel. Transformatorul este utilizat pentru creșterea conexiunii sigure la rețelele electrice, pentru cazurile de contact simultan cu părțile sub tensiune și cu pământul. Protejează împotriva contactului simultan cu părți care nu sunt sub influența curentului, dar care pot fi sub acesta ca urmare a unei defecțiuni a izolației. Unitățile sunt proiectate pentru a asigura izolarea galvanică (izolarea) circuitelor electrice.

Transformator de vârf

Servește la transformarea curentului sinusoidal în tensiune pulsată cu polaritatea schimbându-se la fiecare jumătate de ciclu.

Accelerație dublă

Un contrafiltru inductiv sau dual choke este un tip de dispozitiv care utilizează două înfășurări. Datorită inducției reciproce a bobinei, funcționează mai eficient decât un singur șoc. Folosit ca dispozitiv de filtru de intrare în fața surselor de alimentare, în circuitele digitale diferențiale de semnal și în echipamente audio.

Blindat trifazat

Ele vin în două modele de bază diferite:

miez;
blindat

Ambele modele nu modifică performanța și fiabilitatea dispozitivului, dar există diferențe semnificative în producție:

tipul de tijă include un miez și înfășurări când se privește designul, miezul este ascuns în spatele înfășurărilor, doar jugul inferior și superior sunt vizibile, axa înfășurărilor este verticală;
tipul blindat al dispozitivului include un miez sub formă de înfășurări și este clar că miezul ascunde în spatele său o parte a înfășurărilor transformatorului, axa înfășurărilor poate fi situată într-o poziție verticală sau orizontală.

Componentele principale

Sunt:

sistem magnetic (nucleu, circuit magnetic);
înfăşurări;
sistem de racire.

Sistem magnetic

Este format din elemente într-un set, cel mai adesea se folosesc plăci din material feromagnetic sau oțeluri electrice, care sunt dispuse într-o anumită formă geometrică. Alegerea sa este determinată de localizarea câmpului magnetic al transformatorului principal în acesta. Sistemul de influență magnetică, simultan cu toate componentele, elementele și piesele pentru conectarea pieselor într-o structură comună, se numește miezul transformatorului.

Partea sistemului magnetic care include înfășurările principale se numește miez. Cealaltă parte a setului magnetic, pe care nu există înfășurări de lucru și servește la conectarea circuitului magnetic, se numește jug. În funcție de modul în care sunt amplasate tijele, acestea sunt împărțite în:

sistem plat, unde tijele longitudinale și jugurile sunt situate în același plan;
sistemul spațial include aranjamente plane diferite de miezuri și juguri;
un sistem simetric se distinge prin aceeași formă și lungime a tijelor, iar locația lor în raport cu jugurii este standard pentru toate elementele;
un sistem asimetric, în care toate tijele diferă ca formă și dimensiune, iar dispunerea lor nu este simetrică și diferită de alte elemente.

Înfăşurări

Principalul element structural al înfășurării este o bobină, care este o serie de conductori conectați în paralel (în versiunea spiralată, un miez), odată ce acoperă o parte a miezului magnetic. Curentul spirei, împreună cu curentul altor spire, conductori și părți ale transformatorului, produce un câmp magnetic al transformatorului, în care o forță care antrenează curentul este indusă sub influența câmpului magnetic.

O înfășurare este numărul total de spire care formează un circuit electric pentru însumarea FEM în spire. Un transformator trifazat are un set de înfășurări din trei faze de lucru. Conductorul este de obicei de secțiune transversală pătrată, pentru a-și crește aria este împărțit în două sau mai multe tije conductoare. Această tehnică ajută la reducerea curenților turbionari și facilitează operarea înfășurării. Un conductor pătrat se numește conductor. Un cablu transpus este folosit ca înfășurare.

Izolația se realizează cu hârtie de ambalare sau lac pe bază de email. Se pot realiza doi conductori paraleli într-o singură izolație, un astfel de set se numește cablu. Pentru a înțelege cum funcționează un transformator, trebuie să cunoașteți împărțirea înfășurărilor după tip. În funcție de scopul înfășurărilor, există:

de bază, cele care primesc energie convertită sau elimină curentul alternativ;
sunt prevăzute cele de reglare pentru a normaliza coeficientul de tensiune la citiri de curent scăzut în înfășurări;
cele auxiliare sunt destinate pentru alimentarea cu energie electrică a nevoilor proprii de putere mai mică decât puterea nominală a transformatorului, polarând sistemul magnetic cu un curent constant.

În funcție de opțiunea de proiectare, înfășurările sunt împărțite:

obișnuit - turele se fac pe toată lungimea în direcția axei, spirele ulterioare sunt înfășurate strâns, fără goluri;
șurub - au o suprapunere multistrat, distanțele dintre spire sau înfășurări sunt prevăzute;
înfășurările de disc conțin discuri conectate în serie, cu o înfășurare în formă de spirală în centrul fiecăruia;
Tipul de folie de înfășurare este realizat din foi de aluminiu sau cupru de diferite grosimi.

Rezervor de răcire

Este un rezervor de ulei, oferă protecție pentru ingredientul activ și servește ca suport pentru dispozitivele de control și dispozitivele auxiliare. Înainte de adăugarea uleiului, aerul din rezervor este pompat pentru a asigura rezistența dielectrică sigură a izolației. În timpul producției, frecvențele de sunet de la miezul transformatorului și de la elementele rezervorului trebuie să se potrivească.

Designul oferă parametri suplimentari pentru expansiunea uleiului în condiții de încălzire, uneori acesta este un rezervor de expansiune suplimentar. Dacă puterea nominală a transformatorului crește, atunci curenții din interior și din exterior conduc la supraîncălzirea structurii. Fluxul magnetic împrăștiat în interiorul rezervorului acționează într-un mod similar. Pentru a reduce impactul negativ, inserțiile sunt realizate din materiale nemagnetice, înconjurând cu ele izolatoarele de bucșe de curent ridicat.

Aplicarea transformatoarelor

Deoarece pierderile de încălzire ale unui fir sunt proporționale cu pătratul curentului care trece prin acel fir, atunci când se transmite electricitate pe distanțe lungi, ar trebui să se folosească tensiune înaltă și curent scăzut. Pentru a asigura siguranța, nu utilizați tensiune prea mare în condiții casnice. Pentru reglarea tensiunii în rețea, se folosesc transformatoare, care măresc tensiunea înainte de transmiterea de-a lungul liniilor de înaltă tensiune, apoi reduc indicatorii înainte de utilizarea consumatorului.

Pentru a alimenta diferite unități de recepție de energie, sunt necesare tensiuni diferite (într-un televizor, computer). În perioadele trecute, transformatorul era greu și voluminos, dar odată cu creșterea frecvenței curentului alternativ, dimensiunea dispozitivului poate fi redusă. Prin urmare, în dispozitivele moderne, curentul electric este mai întâi redresat, apoi este transformat în impulsuri cu frecvență înaltă. Ultimii curenți merg la transformatorul de impulsuri pentru transformarea în tensiunea dorită.