Jenis-jenis transformer
Transformer ialah peranti elektromagnet statik yang mengandungi dua hingga beberapa gegelung yang terletak pada litar magnet biasa dan dengan itu disambungkan secara induktif antara satu sama lain. Ia berfungsi sebagai pengubah untuk menukar tenaga elektrik daripada arus ulang alik dengan cara aruhan elektromagnet tanpa mengubah frekuensi arus. Transformer digunakan untuk kedua-dua penukaran voltan AC dan pengasingan galvanik dalam pelbagai bidang kejuruteraan elektrik dan elektronik.
Dalam keadilan, kami ambil perhatian bahawa dalam beberapa kes pengubah mungkin mengandungi hanya satu belitan (autotransformer), dan teras mungkin tidak hadir sepenuhnya (HF — transformer), tetapi kebanyakan transformer mempunyai teras (litar magnet) yang diperbuat daripada bahan feromagnetik magnet lembut, dan dua atau lebih pita bertebat atau gegelung dawai yang diliputi oleh fluks magnet biasa, tetapi pertama sekali. Mari kita lihat jenis transformernya, bagaimana ia disusun dan untuk kegunaannya.
Pengubah kuasa
Jenis pengubah frekuensi rendah (50-60 Hz) ini digunakan dalam rangkaian elektrik, serta dalam pemasangan untuk menerima dan menukar tenaga elektrik. Mengapa ia dipanggil kuasa? Kerana transformer jenis inilah yang digunakan untuk membekal dan menerima elektrik dari dan dari talian kuasa, di mana voltan boleh mencapai 1150 kV.
Dalam rangkaian elektrik bandar, voltan mencapai 10 kV. Melalui tepat pengubah frekuensi rendah yang berkuasa voltan juga turun kepada 0.4 kV, 380/220 volt yang diperlukan oleh pengguna.
Dari segi struktur, pengubah kuasa biasa mungkin mengandungi dua, tiga atau lebih belitan yang disusun pada teras keluli elektrik berperisai, dengan beberapa belitan voltan rendah disuap secara selari (pengubah belitan belah).
Ini berguna untuk meningkatkan voltan yang diterima daripada berbilang penjana secara serentak. Sebagai peraturan, pengubah kuasa diletakkan di dalam tangki dengan minyak pengubah, dan dalam kes spesimen yang sangat kuat, sistem penyejukan aktif ditambah.
Pengubah kuasa tiga fasa dengan kapasiti sehingga 4000 kVA dipasang di pencawang dan loji kuasa. Tiga fasa adalah lebih biasa, kerana kerugian diperoleh sehingga 15% kurang daripada tiga fasa tunggal.
Pengubah sesalur
Pada tahun 1980-an dan 1990-an, pengubah talian boleh didapati dalam hampir setiap peralatan elektrik. Dengan bantuan pengubah sesalur (biasanya fasa tunggal), voltan rangkaian isi rumah 220 volt dengan frekuensi 50 Hz dikurangkan ke tahap yang diperlukan oleh perkakas elektrik, contohnya 5, 12, 24 atau 48 volt.
Transformer talian selalunya dibuat dengan berbilang belitan sekunder supaya berbilang sumber voltan boleh digunakan untuk menggerakkan bahagian litar yang berlainan. Khususnya, pengubah TN (pengubah pijar) sentiasa boleh (dan masih boleh) ditemui dalam litar yang terdapat tiub radio.
Transformer talian moden dibina pada teras berbentuk W, berbentuk rod atau toroid bagi set plat keluli elektrik di mana gegelung dililit. Bentuk toroid litar magnet memungkinkan untuk mendapatkan transformer yang lebih padat.
Jika kita membandingkan transformer dengan jumlah kuasa yang sama bagi teras toroidal dan berbentuk W, toroidal akan mengambil lebih sedikit ruang, di samping itu, permukaan litar magnet toroidal sepenuhnya dilindungi oleh belitan, tidak ada kuk kosong, seperti kes dengan nukleus berbentuk W atau seperti rod berperisai. Rangkaian elektrik termasuk, khususnya, transformer kimpalan dengan kuasa sehingga 6 kW. Transformer sesalur, sudah tentu, dikelaskan sebagai transformer frekuensi rendah.
Autotransformer
Satu jenis pengubah frekuensi rendah ialah autotransformer di mana belitan sekunder adalah sebahagian daripada primer atau primer adalah sebahagian daripada sekunder. Iaitu, dalam autotransformer, belitan disambungkan bukan sahaja secara magnetik, tetapi juga secara elektrik. Beberapa petunjuk dibuat daripada satu gegelung dan membolehkan anda mendapatkan voltan yang berbeza daripada hanya satu gegelung.
Kelebihan utama autotransformer ialah kosnya yang lebih rendah, kerana kurang wayar digunakan untuk belitan, kurang keluli untuk teras, dan akibatnya beratnya kurang daripada pengubah konvensional.Kelemahannya ialah kekurangan pengasingan galvanik gegelung.
Autotransformer digunakan dalam peranti kawalan automatik dan juga digunakan secara meluas dalam rangkaian elektrik voltan tinggi. Autotransformer tiga fasa dengan sambungan delta atau bintang dalam rangkaian elektrik sangat diperlukan hari ini.
Autotransformer kuasa tersedia dalam kapasiti sehingga ratusan megawatt. Autotransformer juga digunakan untuk memulakan motor AC yang berkuasa. Autotransformer amat berguna untuk nisbah transformasi yang rendah.
Autotransformer makmal
Kes khas autotransformer ialah autotransformer makmal (LATR). Ia membolehkan anda melaraskan voltan yang dibekalkan kepada pengguna dengan lancar. Reka bentuk LATR ialah pengubah toroidal dengan satu belitan yang mempunyai "trek" yang tidak bertebat dari selekoh ke selekoh, iaitu, adalah mungkin untuk menyambung ke setiap selekoh belitan. Sentuhan trek disediakan oleh berus karbon gelongsor yang dikawal oleh tombol berputar.
Jadi anda boleh mendapatkan voltan berkesan dengan magnitud yang berbeza pada beban. Pemacu fasa tunggal biasa membolehkan anda menerima voltan dari 0 hingga 250 volt, dan tiga fasa - dari 0 hingga 450 volt. LATR dengan kuasa dari 0.5 hingga 10 kW sangat popular di makmal untuk tujuan menala peralatan elektrik.
Pengubahsuai arus elektrik
Pengubahsuai arus elektrik dipanggil pengubah yang belitan primernya disambungkan kepada sumber arus dan belitan sekunder kepada alat pelindung atau pengukur yang mempunyai rintangan dalaman yang rendah. Jenis pengubah arus yang paling biasa ialah pengubah arus instrumen.
Penggulungan utama pengubah semasa (biasanya hanya satu pusingan, satu wayar) disambungkan secara bersiri dalam litar di mana anda ingin mengukur arus ulang alik. Ternyata arus belitan sekunder adalah berkadar dengan arus primer, manakala belitan sekunder semestinya dimuatkan, kerana jika tidak voltan belitan sekunder boleh cukup tinggi untuk memecahkan penebat. Juga, jika penggulungan sekunder CT terbuka, litar magnetik hanya akan terbakar daripada arus tak terkompensasi teraruh.
Pembinaan pengubah semasa ialah teras yang diperbuat daripada keluli elektrik gelek sejuk silikon berlamina di mana satu atau lebih belitan sekunder terlindung dililit. Penggulungan utama selalunya hanya bar bas atau wayar dengan arus yang diukur melalui tingkap litar magnetik (dengan cara ini, prinsip ini digunakan oleh meter pengapit).Ciri utama pengubah arus ialah nisbah penjelmaan, contohnya 100/5 A.
Transformer arus digunakan secara meluas untuk pengukuran arus dan dalam litar perlindungan geganti. Mereka selamat kerana litar yang diukur dan sekunder diasingkan secara galvani antara satu sama lain. Biasanya, pengubah arus industri dihasilkan dengan dua atau lebih kumpulan belitan sekunder, satu daripadanya disambungkan kepada peranti pelindung, satu lagi kepada peranti pengukur, seperti meter.
Pengubah nadi
Dalam hampir semua bekalan kuasa utama moden, dalam pelbagai penyongsang, dalam mesin kimpalan dan dalam penukar elektrik kuasa dan kuasa rendah yang lain, pengubah nadi digunakan.Hari ini, litar nadi telah hampir sepenuhnya menggantikan pengubah frekuensi rendah berat dengan teras keluli berlamina.
Pengubah nadi biasa ialah pengubah teras ferit. Bentuk teras (litar magnet) boleh sama sekali berbeza: cincin, rod, cawan, berbentuk W, berbentuk U. Kelebihan ferit berbanding keluli pengubah adalah jelas — pengubah berasaskan ferit boleh beroperasi pada frekuensi sehingga 500 kHz atau lebih.
Oleh kerana pengubah nadi ialah pengubah frekuensi tinggi, dimensinya berkurangan dengan ketara apabila frekuensi meningkat. Kurang wayar diperlukan untuk belitan dan arus medan mencukupi untuk mendapatkan arus frekuensi tinggi dalam gelung primer, IGBT atau transistor bipolar, kadangkala beberapa, bergantung pada topologi litar bekalan kuasa berdenyut (ke hadapan - 1, tolak-tarik - 2, separuh jambatan - 2, jambatan - 4).
Untuk bersikap adil, kami perhatikan bahawa jika litar bekalan kuasa terbalik digunakan, maka pengubah pada dasarnya adalah pencekik berganda, kerana proses pengumpulan dan pelepasan elektrik dalam litar sekunder dipisahkan dalam masa, iaitu, ia tidak diteruskan. pada masa yang sama, oleh itu, dengan litar kawalan flyback, ia masih tercekik tetapi bukan pengubah.
Litar nadi dengan transformer dan pencekik ferit ditemui di mana-mana hari ini, daripada pemberat lampu penjimat tenaga dan pengecas pelbagai alat, kepada mesin kimpalan dan penyongsang berkuasa.
Pengubah arus nadi
Untuk mengukur magnitud dan (atau) arah arus dalam litar impuls, pengubah arus impuls sering digunakan, yang merupakan teras ferit, selalunya berbentuk cincin (toroidal), dengan satu belitan.Wayar disalurkan melalui gelang teras, arus yang akan diperiksa, dan gegelung itu sendiri dimuatkan pada perintang.
Sebagai contoh, gelang mengandungi 1000 lilitan wayar, maka nisbah arus primer (wayar berulir) dan belitan sekunder akan menjadi 1000 hingga 1. Jika belitan cincin itu dimuatkan pada perintang yang mempunyai nilai yang diketahui, maka voltan yang diukur merentasinya akan berkadar dengan arus gegelung, yang bermaksud bahawa arus yang diukur adalah 1000 kali arus melalui perintang ini.
Industri ini menghasilkan pengubah arus impuls dengan nisbah transformasi yang berbeza. Pereka bentuk hanya perlu menyambungkan perintang dan litar pengukur kepada pengubah sedemikian. Jika anda ingin mengetahui arah arus, bukan magnitudnya, maka belitan pengubah arus hanya dicas oleh dua diod zener yang bertentangan.
Komunikasi antara mesin elektrik dan transformer
Transformer elektrik sentiasa disertakan dalam kursus mesin elektrik yang dipelajari dalam semua kepakaran kejuruteraan elektrik institusi pendidikan. Pada dasarnya, pengubah elektrik bukanlah mesin elektrik, tetapi alat elektrik, kerana tidak ada bahagian yang bergerak, kehadirannya adalah ciri ciri mana-mana mesin sebagai jenis mekanisme. Atas sebab ini, kursus yang disebutkan, dalam untuk mengelakkan salah faham, harus dipanggil "mesin elektrik dan kursus transformer elektrik".
Kemasukan transformer dalam semua kursus jentera elektrik adalah untuk dua sebab.Satu adalah asal sejarah: kilang yang sama yang membina mesin elektrik AC juga membina transformer, kerana kehadiran transformer semata-mata memberi kelebihan kepada mesin AC berbanding mesin DC, yang akhirnya membawa kepada penguasaan mereka dalam industri. Dan kini adalah mustahil untuk membayangkan pemasangan AC yang besar tanpa transformer.
Walau bagaimanapun, dengan pembangunan pengeluaran mesin arus ulang-alik dan transformer, ia menjadi perlu untuk menumpukan pengeluaran transformer di kilang-kilang pengubah khas. Hakikatnya ialah disebabkan kemungkinan menghantar arus ulang alik menggunakan transformer pada jarak jauh, peningkatan voltan transformer yang lebih tinggi adalah lebih cepat daripada peningkatan voltan mesin elektrik arus ulang alik.
Pada peringkat semasa pembangunan mesin elektrik arus ulang-alik, voltan rasional tertinggi untuk mereka ialah 36 kV. Pada masa yang sama, voltan tertinggi dalam transformer elektrik yang sebenarnya dilaksanakan mencapai 1150 kV. Voltan pengubah yang tinggi dan operasinya pada talian kuasa atas yang terdedah kepada kilat telah membawa kepada masalah pengubah yang sangat spesifik yang asing kepada jentera elektrik.
Ini membawa kepada pengeluaran masalah teknologi yang sangat berbeza daripada masalah teknologi kejuruteraan elektrik sehingga pemisahan transformer kepada pengeluaran bebas menjadi tidak dapat dielakkan. Oleh itu, sebab pertama—sambungan industri yang menjadikan transformer dekat dengan mesin elektrik—hilang.
Sebab kedua adalah bersifat asas dan terdiri daripada fakta bahawa pengubah elektrik yang digunakan dalam amalan, serta mesin elektrik, adalah berdasarkan prinsip aruhan elektromagnet (hukum Faraday), - kekal sebagai ikatan yang tidak tergoyahkan antara mereka. Pada masa yang sama, untuk memahami banyak fenomena dalam mesin arus ulang-alik, pengetahuan tentang proses fizikal yang berlaku dalam transformer adalah sangat diperlukan, dan, lebih-lebih lagi, teori kelas besar mesin arus ulang-alik boleh dikurangkan kepada teori transformer, dengan itu memudahkan pertimbangan teori mereka.
Oleh itu, dalam teori mesin arus ulang-alik, teori transformer menduduki tempat yang kukuh, dari mana, bagaimanapun, ia tidak mengikuti bahawa transformer boleh dipanggil mesin elektrik. Di samping itu, perlu diingat bahawa transformer mempunyai penetapan matlamat dan proses penukaran tenaga yang berbeza daripada mesin elektrik.
Tujuan mesin elektrik adalah untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik (generator) atau, sebaliknya, tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal (motor), manakala dalam transformer kita berurusan dengan penukaran jenis tenaga elektrik arus ulang-alik kepada selang seli. tenaga elektrik semasa. arus daripada jenis yang berbeza.