Glede transformatorjev moraš obvladati točke znanja!

2. Kako transformator transformira napetost?

Transformatorji so izdelani na osnovi elektromagnetne indukcije. Sestavljeni so iz železnega jedra, obloženega s silicijevimi jeklenimi ploščami (ali silicijevimi jeklenimi ploščami), in dveh sklopov tuljav, navitih okoli železnega jedra. Železno jedro in tuljave so med seboj izolirane brez kakršne koli električne povezave.

Tuljava, ki povezuje transformator in napajalno stran, se imenuje primarna tuljava (ali primarna stran), tuljava, ki povezuje transformator in električno opremo, pa se imenuje sekundarna tuljava (ali sekundarna stran). Ko je primarna tuljava transformatorja priključena na vir izmeničnega toka, se v železnem jedru ustvarijo spreminjajoče se magnetne silnice.

Ker je sekundarna tuljava navita na istem železnem jedru, jo magnetna silnica prereže in na sekundarni tuljavi se mora ustvariti inducirana elektromotorna sila, ki povzroči nastanek napetosti na obeh koncih tuljave. Ker se silnice magnetnega polja izmenjujejo, se izmenjuje tudi napetost sekundarne tuljave. In frekvenca je popolnoma enaka omrežni frekvenci.

Teorija je potrdila, da je razmerje napetosti med primarno in sekundarno tuljavo transformatorja povezano z razmerjem ovojev primarne in sekundarne tuljave, kar lahko izrazimo z naslednjo formulo: napetost primarne tuljave/napetost sekundarne tuljave = ovoji primarne tuljave/ovoji sekundarne tuljave. Pojasnimo, da več ovojev pomeni višjo napetost. Zato je razvidno, da je sekundarna tuljava manjša od primarne tuljave, kar je znižalni transformator. Nasprotje je zvišalni transformator.

3. Katere vrste transformatorskih izvedb obstajajo?

(1) Glede na število faz obstajajo enofazni in trifazni transformatorji.

(2) Glede na namen obstajajo energetski transformatorji, posebni energetski transformatorji, transformatorji za regulacijo napetosti, merilni transformatorji (napetostni transformatorji, tokovni transformatorji), majhni energetski transformatorji (za opremo z nizko porabo energije) in varnostni transformatorji.

(3) Glede na strukturo obstajata dve vrsti: jedrni in lupinski. Tuljave imajo dvojno- in večnavitne avtotransformatorje.

(4) Glede na način hlajenja so hlajeni v olju in zračno.

4. Katere so komponente transformatorja?

Komponente transformatorjev so sestavljene predvsem iz železnih jeder in tuljav, poleg tega pa še iz oljnih rezervoarjev, oljnih blazin, izolacijskih tulcev in pip.

5. Kakšna je uporaba transformatorskega olja?

(1) Izolacijski učinek;

(2) odvajanje toplote;

(3) Odpravite učinek obloka.

6. Kaj je avtotransformator?

Avtotransformator ima samo en komplet tuljav, sekundarna tuljava pa se odcepi od primarne tuljave. Poleg prenosa elektromagnetne indukcije sekundarna tuljava prenaša tudi elektriko. Ta transformator ima več silicijevih jeklenih plošč in bakrenih žic kot običajni transformatorji. Manj jih je, zato se pogosto uporablja za prilagajanje napetosti.

7. Kako se nastavi regulator napetosti?

Struktura regulatorja napetosti je enaka kot pri avtotransformatorju, le da je železno jedro izdelano v toroidno tuljavo in navito okoli toroidnega železnega jedra.

Sekundarni odcep tuljave uporablja drsni krtačni kontakt, ki omogoča, da kontakt drsi obročasto vzdolž površine tuljave in tako doseže gladko regulacijo napetosti.

8. Kakšno je razmerje med tokovima primarno in sekundarno tuljavo transformatorja?

Ko transformator deluje z obremenitvijo, sprememba toka sekundarne tuljave povzroči ustrezno spremembo toka primarne tuljave. V skladu z načelom ravnovesja magnetnega potenciala je tok primarne in sekundarne tuljave obratno sorazmeren s številom ovojev tuljave. Stran z več ovoji ima manjši tok, stran z manj ovoji pa večji.

Izrazimo ga lahko z naslednjo formulo: tok primarne tuljave/tok sekundarne tuljave = število ovojev sekundarne tuljave/število ovojev primarne tuljave.

9. Kakšna je hitrost spremembe napetosti transformatorja?

Stopnja spremembe napetosti regulatorja napetosti je eden glavnih kazalnikov delovanja transformatorja. Ko transformator napaja obremenitev, napetost na bremenski strani transformatorja neizogibno pade. Padlo napetost primerjajte z nazivno napetostjo in vzemite odstotek, to je stopnjo spremembe napetosti.

Izrazimo jo lahko s formulo: stopnja spremembe napetosti = [(nazivna sekundarna napetost - napetost na bremenskih sponkah) / nazivna sekundarna napetost] × 100 %. Ko je normalen energetski transformator priključen na nazivno obremenitev, je stopnja spremembe napetosti od 4 do 6 %.

10. Kako zagotoviti, da ima transformator nazivno izhodno napetost?

Previsoka ali prenizka napetost bo vplivala na normalno delovanje in življenjsko dobo transformatorja, zato je treba napetost prilagoditi.

Metoda regulacije napetosti je, da se v primarni tuljavi izpelje več odcepov in jih priključi na odcepno glavo. Odcepna glava spreminja število obratov tuljave z vrtenjem kontaktov. Dokler je položaj odcepnega stikala obrnjen, je mogoče doseči zahtevano nazivno vrednost napetosti. Treba je opozoriti, da je treba regulacijo napetosti običajno izvesti po odklopu bremena, priključenega na transformator.

11. Kateri so najpogosteje uporabljeni majhni transformatorji? Kje se uporabljajo?

Majhni transformatorji se nanašajo na enofazne transformatorje z zmogljivostjo manj kot 1 kVA, ki se večinoma uporabljajo kot energetski transformatorji za krmiljenje električne opreme, energetski transformatorji za elektronsko opremo in energetski transformatorji za varnostno razsvetljavo.

12. Kakšne so izgube transformatorja med delovanjem? Kako zmanjšati izgube?

Izgube pri delovanju transformatorja so sestavljene iz dveh delov:

(1) povzroča železno jedro. Ko je tuljava pod napetostjo, zaradi izmeničnih magnetnih silnic v železnem jedru nastanejo izgube zaradi vrtinčnih tokov in histereze, ki jih skupaj imenujemo izgube v železu.

(2) Povzroča ga upornost same tuljave. Ko skozi primarno in sekundarno tuljavo transformatorja teče tok, pride do izgube moči, ki se imenuje izguba bakra.

Vsota izgub v železu in bakru je izguba transformatorja, te izgube pa so povezane z zmogljivostjo transformatorja, napetostjo in izkoriščenostjo opreme. Zato mora biti pri izbiri transformatorja zmogljivost opreme čim bolj skladna z dejansko uporabo, da se izboljša stopnja izkoriščenosti opreme, in pazite, da transformator ne deluje pod majhno obremenitvijo.

13. Kakšna je imenska ploščica transformatorja? Kateri so glavni tehnični podatki na imenski ploščici?

Napisna ploščica transformatorja navaja zmogljivost, tehnične specifikacije in primere uporabe transformatorja ter se uporablja za izpolnitev uporabnikove izbire. Običajno so glavni tehnični podatki, na katere je treba biti pozoren, naslednji:

(1) KVA nazivne zmogljivosti. To je izhodna zmogljivost transformatorja v nazivnem stanju. Na primer, nazivna zmogljivost enofaznega transformatorja = U vod × I vod; zmogljivost trifaznega transformatorja = U vod × I vod.

(2) Nazivna napetost v voltih. Označena je napetost na sponkah primarne tuljave in napetost na sponkah sekundarne tuljave (ko ni priključena na obremenitev). Upoštevajte, da se napetost na sponkah trifaznega transformatorja nanaša na vrednost omrežne napetosti U.

(3) Nazivna amperaža toka. Nanaša se na vrednost linijskega toka I, ki lahko teče skozi primarno in sekundarno tuljavo dlje časa pod pogoji nazivne kapacitete in dovoljenega dviga temperature.

(4) Razmerje napetosti. Nanaša se na razmerje med nazivno napetostjo primarne tuljave in nazivno napetostjo sekundarne tuljave.

(5) Način ožičenja. Enofazni transformatorji imajo samo en komplet visokonapetostnih in nizkonapetostnih tuljav, ki so na voljo samo za enofazno uporabo, medtem ko imajo trifazni transformatorji tip Y/△. Poleg zgornjih tehničnih podatkov so tu še nazivna frekvenca transformatorja, število faz, dvig temperature, odstotek impedance transformatorja itd.

14. Kako izbrati transformator? Kako določiti razumno kapaciteto transformatorja?

Najprej je treba raziskati napajalno napetost mesta, kjer se uporablja elektrika, dejansko električno obremenitev uporabnika in pogoje na mestu, nato pa izbrati enega za drugim glede na tehnične podatke, navedene na imenski ploščici transformatorja. Na splošno je treba celovito upoštevati zmogljivost, napetost, tok in okoljske pogoje transformatorja. Med njimi je treba izbrati zmogljivost. Zmogljivost transformatorja je treba izbrati glede na zmogljivost, vrsto in čas uporabe uporabnikove električne opreme, da se določi potrebna obremenitev.

Med normalnim delovanjem mora biti obremenitev transformatorja približno 75–90 % nazivne zmogljivosti transformatorja. Če se med delovanjem izmeri, da je dejanska obremenitev transformatorja manjša od 50 %, je treba transformator z majhno zmogljivostjo zamenjati. Če je nazivna zmogljivost transformatorja večja od nazivne zmogljivosti transformatorja, je treba transformator z veliko zmogljivostjo takoj zamenjati.

Hkrati se pri izbiri transformatorja vrednost napetosti primarne tuljave transformatorja določi glede na omrežno napajanje, vrednost napetosti sekundarne tuljave pa glede na električno opremo. Najbolje je izbrati nizkonapetostni trifazni štirižični napajalnik. To lahko hkrati zagotavlja napajanje in osvetlitev.

Pri izbiri toka je treba upoštevati, da lahko obremenitev zadosti zahtevam motorja ob zagonu (ker je zagonski tok motorja 4- do 7-krat večji od toka med upadanjem).

15. Zakaj transformatorja ni mogoče preobremeniti?

Preobremenitev se nanaša na delovanje transformatorja, ki presega vrednost toka, navedeno na imenski ploščici.

Preobremenitev se deli na normalno preobremenitev in nenamerno preobremenitev. Prva se nanaša na povečanje porabe energije uporabnika v normalnih pogojih napajanja. Pogosto poveča temperaturo transformatorja, pospeši staranje izolacije transformatorja in skrajša življenjsko dobo. Zato delovanje transformatorja pri preobremenitvi ni dovoljeno.

V posebnih okoliščinah preobremenitev transformatorja v kratkem času ne sme preseči 30 % nazivne obremenitve (pozimi) in 15 % poleti.

16. Katere vrste preskusov mora transformator opraviti med delovanjem?

Za zagotovitev normalnega delovanja transformatorja je treba pogosto izvajati naslednje preskuse:

(1) Preskus temperature. Temperatura je zelo pomembna, ne glede na to, ali je obratovalno stanje transformatorja normalno ali ne. Predpisi določajo, da temperatura zgornjega olja ne sme preseči 85 °C (tj. dvig temperature je 55 °C). Transformatorji so običajno opremljeni s posebnimi napravami za merjenje temperature.

(2) Merjenje obremenitve. Za izboljšanje izkoriščenosti transformatorja in zmanjšanje izgube električne energije je treba med delovanjem transformatorja določiti dejansko napajalno zmogljivost, ki jo transformator lahko prenese. Meritve se običajno izvajajo v času največje porabe električne energije v posamezni sezoni, za neposredno merjenje pa se uporablja ampermeter s kleščami. Vrednost toka mora biti od 70 % do 80 % nazivnega toka transformatorja. Če preseže to, pomeni preobremenitev in jo je treba takoj prilagoditi.

(3) Merjenje napetosti. Predpisi zahtevajo, da mora biti območje nihanja napetosti znotraj ±5 % nazivne napetosti. Če je to območje preseženo, je treba uporabiti odcepne pipe za nastavitev, da se napetost spravi v določeno območje. Na splošno se voltmeter uporablja za merjenje napetosti na sponkah sekundarne tuljave oziroma napetosti na sponkah končnega uporabnika.

(4) Merjenje izolacijske upornosti. Da bi transformator ohranili v normalnem obratovalnem stanju, je treba izvesti meritev izolacijske upornosti, da se prepreči staranje izolacije in nesreče. Med meritvijo poskusite ustaviti delovanje transformatorja in s stresalnikom izmerite vrednost izolacijske upornosti transformatorja. Izmerjena upornost ne sme biti nižja od 70 % predhodno izmerjene vrednosti. Ko je izbran stresalnik, lahko nizkonapetostna tuljava uporablja napetost 500 voltov.