Щодо трансформаторів, тобі потрібно опанувати знання!

2. Як трансформатор перетворює напругу?

Трансформатори виготовляються на основі електромагнітної індукції. Вони складаються із залізного осердя, укладеного у листи кремнієвої сталі (або листи кремнієвої сталі), та двох наборів котушок, намотаних навколо залізного осердя. Залізне осердя та котушки ізольовані один від одного без будь-якого електричного з'єднання.

Котушка, що з'єднує трансформатор і сторону джерела живлення, називається первинною котушкою (або первинною стороною), а котушка, що з'єднує трансформатор і електрообладнання, називається вторинною котушкою (або вторинною стороною). Коли первинна котушка трансформатора підключена до джерела змінного струму, у залізному осерді створюються змінні магнітні силові лінії.

Оскільки вторинна котушка намотана на той самий залізний сердечник, магнітна силова лінія перетинає вторинну котушку, і на вторинній котушці має виникнути індукована електрорушійна сила, що призводить до появи напруги на обох кінцях котушки. Оскільки лінії магнітного поля змінні, напруга вторинної котушки також змінна. А частота точно така ж, як і частота мережі.

Теоретично підтверджено, що співвідношення напруг між первинною та вторинною обмотками трансформатора пов'язане з коефіцієнтом витків первинної та вторинної обмоток, що можна виразити такою формулою: напруга первинної обмотки/напруга вторинної обмотки = витки первинної обмотки/витки вторинної обмотки. Поясніть, що чим більше витків, тим вища напруга. Отже, видно, що вторинна обмотка менша за первинну, тобто це знижувальний трансформатор. Протилежністю є підвищувальний трансформатор.

3. Які типи конструкцій трансформаторів існують?

(1) За кількістю фаз розрізняють однофазні та трифазні трансформатори.

(2) За призначенням розрізняють силові трансформатори, спеціальні силові трансформатори, трансформатори регулювання напруги, вимірювальні трансформатори (трансформатори напруги, трансформатори струму), малі силові трансформатори (для малопотужного обладнання) та захисні трансформатори.

(3) За структурою, існують два типи: з сердечником та оболонкою. Котушки бувають двообмоткові та багатообмоткові, автотрансформатори.

(4) За способом охолодження розрізняють масляні та повітряні.

4. З яких компонентів складається трансформатор?

Компоненти трансформатора в основному складаються із залізних осердь та котушок, а також з масляних резервуарів, масляних подушок, ізоляційних втулок та головок відводів.

5. Яке використання трансформаторної оливи?

(1) Ефект ізоляції;

(2) розсіювання тепла;

(3) Усунути ефект дуги.

6. Що таке автотрансформатор?

Автотрансформатор має лише один комплект котушок, а вторинна котушка відгалужується від первинної котушки. Окрім передачі електромагнітної індукції, вторинна котушка також передає електрику. Цей трансформатор має більше кремнієвих сталевих листів та мідних дротів, ніж звичайні трансформатори. Менше, тому часто використовується для регулювання напруги.

7. Як регулюється регулятор напруги?

Структура регулятора напруги така ж, як і у автотрансформатора, але залізний сердечник виготовлений у вигляді тороїдальної котушки та намотаний навколо тороїдального залізного сердечника.

У вторинній обмотці використовується ковзний щітковий контакт, який кільцеподібно ковзає вздовж поверхні котушки для досягнення плавного регулювання напруги.

8. Яке співвідношення струмів між первинною та вторинною обмотками трансформатора?

Коли трансформатор працює з навантаженням, зміна струму вторинної обмотки спричиняє відповідну зміну струму первинної обмотки. Згідно з принципом балансу магнітних потенціалів, струм первинної та вторинної обмоток обернено пропорційний кількості витків обмотки. Сторона з більшою кількістю витків має менший струм, а сторона з меншою кількістю витків – більший.

Це можна виразити такою формулою: струм первинної котушки / струм вторинної котушки = витки вторинної котушки / витки первинної котушки.

9. Яка швидкість зміни напруги трансформатора?

Швидкість зміни напруги регулятора напруги є одним з основних показників роботи трансформатора. Коли трансформатор подає живлення на навантаження, напруга на стороні навантаження трансформатора неминуче падає. Порівняйте значення падіння напруги з номінальним значенням напруги та визначте відсоток, тобто швидкість зміни напруги.

Це можна виразити формулою: швидкість зміни напруги = [(номінальна вторинна напруга - напруга на клемах навантаження) / номінальна вторинна напруга] × 100%. Коли звичайний силовий трансформатор підключено до номінального навантаження, швидкість зміни напруги становить від 4 до 6%.

10. Як забезпечити номінальну вихідну напругу трансформатора?

Занадто висока або занадто низька напруга вплине на нормальну роботу та термін служби трансформатора, тому напругу необхідно регулювати.

Метод регулювання напруги полягає у виведенні кількох відводів у первинній обмотці та підключенні їх до головки відводу. Головка відводу змінює кількість витків котушки, обертаючи контакти. Поки положення перемикача відводів повернуте, можна отримати необхідне значення номінальної напруги. Слід зазначити, що регулювання напруги зазвичай слід проводити після відключення навантаження, підключеного до трансформатора.

11. Які малі трансформатори зазвичай використовуються? Де вони використовуються?

Малі трансформатори відносяться до однофазних трансформаторів потужністю менше 1 кВА, які здебільшого використовуються як силові трансформатори для керування електрообладнанням, силові трансформатори для електронного обладнання та силові трансформатори для захисного освітлення.

12. Які втрати трансформатора під час роботи? Як зменшити втрати?

Втрати під час роботи трансформатора складаються з двох частин:

(1) спричинена залізним осердям. Коли котушка знаходиться під напругою, через лінії змінного магнітного поля виникають втрати на вихрові струми та гістерезис у залізному осерді, які разом називають втратами в залізі.

(2) Це спричинено опором самої котушки. Коли струм проходить через первинну та вторинну обмотки трансформатора, відбуваються втрати потужності, які називаються втратами в міді.

Сума втрат у залізі та міді становить втрати в трансформаторі, і ці втрати пов'язані з потужністю трансформатора, напругою та використанням обладнання. Тому, вибираючи трансформатор, потужність обладнання повинна максимально відповідати фактичному використанню, щоб покращити коефіцієнт використання обладнання, і слідкуйте за тим, щоб не запускати трансформатор під малим навантаженням.

13. Що таке заводська табличка трансформатора? Які основні технічні дані вказані на заводській табличці?

На заводській табличці трансформатора зазначено його продуктивність, технічні характеристики та умови застосування, і вона використовується для задоволення потреб користувача. Зазвичай основними технічними даними, на які слід звернути увагу, є:

(1) кВА номінальної потужності. Тобто вихідна потужність трансформатора в номінальному стані. Наприклад, номінальна потужність однофазного трансформатора = U лінії × I лінії; потужність трифазного трансформатора = U лінії × I лінії.

(2) Номінальна напруга у вольтах. Напруга на виводах первинної котушки та напруга на виводах вторинної котушки (коли вона не підключена до навантаження) позначені відповідно. Зверніть увагу, що напруга на виводах трифазного трансформатора стосується значення напруги мережі U.

(3) Номінальна сила струму. Відноситься до значення лінійного струму I, яке може проходити через первинну та вторинну обмотки протягом тривалого часу за умов номінальної потужності та допустимого підвищення температури.

(4) Коефіцієнт напруги. Відноситься до відношення номінальної напруги первинної котушки до номінальної напруги вторинної котушки.

(5) Спосіб підключення. Однофазні трансформатори мають лише один комплект котушок високої та низької напруги, які використовуються лише в однофазному режимі, тоді як трифазні трансформатори мають тип Y/△. Окрім вищезазначених технічних даних, до них належать номінальна частота трансформатора, кількість фаз, підвищення температури, відсоток імпедансу трансформатора тощо.

14. Як вибрати трансформатор? Як визначити доцільну потужність трансформатора?

Перш за все, необхідно дослідити напругу живлення місця, де використовується електроенергія, фактичне електричне навантаження користувача та умови місця, а потім вибрати один за одним відповідно до технічних даних, зазначених на табличці трансформатора. Загалом, слід всебічно враховувати потужність, напругу, струм та умови навколишнього середовища трансформатора. Серед них слід вибрати потужність. Потужність трансформатора слід вибирати відповідно до потужності, характеру та часу використання електрообладнання користувача для визначення необхідного навантаження.

Під час нормальної роботи навантаження трансформатора має становити приблизно 75-90% від номінальної потужності трансформатора. Якщо під час роботи вимірюється, що фактичне навантаження трансформатора менше 50%, трансформатор малої потужності слід замінити. Якщо номінальна потужність трансформатора перевищує номінальну потужність трансформатора, трансформатор великої потужності слід негайно замінити.

Водночас, під час вибору трансформатора значення напруги первинної обмотки трансформатора визначається відповідно до мережі живлення, а значення напруги вторинної обмотки – відповідно до електрообладнання. Найкраще вибрати низьковольтне трифазне чотирипровідне джерело живлення. Це може одночасно забезпечувати живлення та освітлення.

Для вибору струму слід зазначити, що навантаження може відповідати вимогам двигуна під час запуску (оскільки пусковий струм двигуна в 4-7 разів більший, ніж струм під час роботи на спаді).

15. Чому трансформатор не можна перевантажувати?

Перевантаження – це робота трансформатора, яка перевищує значення струму, зазначене на заводській табличці.

Перевантаження поділяється на нормальне перевантаження та аварійне перевантаження. Перше стосується збільшення споживання електроенергії користувачем за нормальних умов електроживлення. Воно часто підвищує температуру трансформатора, сприяє старінню ізоляції трансформатора та скорочує термін служби. Тому робота трансформатора з перевантаженням не допускається.

За особливих обставин перевантаження трансформатора за короткий час не повинно перевищувати 30% від номінального навантаження (взимку) та 15% влітку.

16. Які види випробувань повинен проходити трансформатор під час роботи?

Для забезпечення нормальної роботи трансформатора слід часто проводити такі випробування:

(1) Випробування на температуру. Незалежно від того, чи є робочий стан трансформатора нормальним чи ні, температура дуже важлива. Нормативи передбачають, що температура верхнього шару оливи не повинна перевищувати 85°C (тобто підвищення температури становить 55°C). Як правило, трансформатори оснащені спеціальними приладами для вимірювання температури.

(2) Вимірювання навантаження. Для покращення коефіцієнта використання трансформатора та зменшення втрат електроенергії під час роботи трансформатора необхідно визначити фактичну потужність живлення, яку трансформатор може витримати. Вимірювальні роботи зазвичай проводяться в період пікового споживання електроенергії кожного сезону, а для безпосереднього вимірювання використовується амперметр із кліщами. Значення струму повинно становити від 70% до 80% від номінального струму трансформатора. Перевищення цього значення означає перевантаження, і його слід негайно відрегулювати.

(3) Вимірювання напруги. Згідно з нормативними актами, діапазон зміни напруги має бути в межах ±5% від номінальної напруги. Якщо цей діапазон перевищено, слід використовувати відгалуження для регулювання, щоб привести напругу в заданий діапазон. Зазвичай вольтметр використовується для вимірювання напруги на виводах вторинної котушки та напруги на виводах кінцевого користувача відповідно.

(4) Вимірювання опору ізоляції. Для підтримки трансформатора в нормальному робочому стані необхідно проводити вимірювання опору ізоляції, щоб запобігти старінню ізоляції та аваріям. Під час вимірювання спробуйте зупинити роботу трансформатора та використовуйте вібратор для вимірювання значення опору ізоляції трансформатора. Потрібно, щоб виміряний опір був не нижчим за 70% від попередньо виміряного значення. Коли вибрано вібратор, низьковольтна котушка може використовувати рівень напруги 500 вольт.