20 θεμελιώδη στοιχεία για τους μετασχηματιστές - Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε!

 

 

Ένας μετασχηματιστής ισχύος, ένας σταθερός στην ηλεκτρική μηχανική, είναι μια στατική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει την τάση και το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) από το ένα σύνολο τιμών στο άλλο. Με δύο ή περισσότερες περιελίξεις, ενορχηστρώνει την απρόσκοπτη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέποντας την τάση και το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος από ένα σύστημα στις αντίστοιχες τιμές για ένα άλλο σύστημα μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής στην ίδια συχνότητα, αποδίδοντας συχνά ανόμοιες τιμές ρεύματος και τάσης.

 

Οι μετασχηματιστές είναι έμπειροι στο μετασχηματισμό της τάσης και του ρεύματος AC για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας, αξιοποιώντας τις θεμελιώδεις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Κατηγοριοποιημένα με βάση τη χρήση, περιλαμβάνουν μετασχηματιστές ισχύος για μετάδοση και διανομή, δοκιμαστικούς μετασχηματιστές για διεξαγωγή δοκιμών τάσης (ενίσχυσης) και μετασχηματιστές οργάνων (PT, CT) για ηλεκτρικές μετρήσεις και προστασία ρελέ. Οι μετασχηματιστές ειδικής χρήσης βρίσκουν τη θέση τους σε εφαρμογές όπως κλιβάνους τήξης, εγκαταστάσεις συγκόλλησης, ανορθωτές μετασχηματιστές για ηλεκτρόλυση και συμπαγείς ρυθμιστικούς μετασχηματιστές.

 

Ένας μετασχηματιστής ισχύος, στον πυρήνα του, επιτυγχάνει τον μετασχηματισμό της τάσης και του ρεύματος εναλλασσόμενου ρεύματος δημιουργώντας εναλλασσόμενη μαγνητική ροή όταν το AC ρέει μέσω του πρωτεύοντος τυλίγματος. Αυτή η ροή, που προκαλείται από τον μαγνητικό πυρήνα, δημιουργεί ηλεκτροκινητική δύναμη AC στο δευτερεύον τύλιγμα. Η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των στροφών, καθορίζοντας την τάση. Η πρωταρχική παράμετρος είναι η ονομαστική του χωρητικότητα, που εκφράζεται συμβατικά σε kVA ή MVA. Αυτή η βαθμολογία, μια συμβολική αναπαράσταση της ισχύος, διασφαλίζει ότι ο μετασχηματιστής λειτουργεί εντός καθορισμένων ορίων αύξησης θερμοκρασίας υπό ονομαστική τάση.

 

Για την επιτομή της ενεργειακής απόδοσης, οι σύγχρονοι μετασχηματιστές ισχύος συχνά περιλαμβάνουν πυρήνες από άμορφο κράμα σιδήρου, που φημίζονται για τις εξαιρετικά χαμηλές απώλειες χωρίς φορτίο. Η σχολαστική διαδικασία σχεδιασμού δίνει προτεραιότητα όχι μόνο στη θωράκιση του άμορφου κράματος από εξωτερικές δυνάμεις αλλά και στην ακριβή επιλογή χαρακτηριστικών παραμέτρων. Στη συμφωνία της ηλεκτρικής μηχανικής, οι μετασχηματιστές ισχύος αναδεικνύονται ως σιωπηλοί μαέστροι, διεξάγοντας τη ροή της ενέργειας με ακρίβεια και αποτελεσματικότητα.

 

 

Οι μετασχηματιστές ταξινομούνται σε διάφορους τύπους, όπως μετασχηματιστές διανομής, μετασχηματιστές ισχύος, σφραγισμένοι μετασχηματιστές, συνδυασμένοι μετασχηματιστές, μετασχηματιστές ξηρού τύπου, μετασχηματιστές βυθισμένοι σε λάδι, μονοφασικοί μετασχηματιστές, μετασχηματιστές ηλεκτρικού κλιβάνου, μετασχηματιστές ανορθωτών, αντιδραστήρες, μετασχηματιστές ανθεκτικοί σε παρεμβολές, κεραυνοί -Μετασχηματιστές απόδειξης, μετασχηματιστές δοκιμής υποσταθμού τύπου κουτιού, μετασχηματιστές μετατόπισης φάσης, μετασχηματιστές υψηλού ρεύματος και μετασχηματιστές διέγερσης.

 

 

 

 

 

Τα εξαρτήματα του μετασχηματιστή αποτελούνται κυρίως από έναν πυρήνα και πηνία, μαζί με εξαρτήματα όπως η δεξαμενή λαδιού, το μαξιλάρι λαδιού, το μονωτικό χιτώνιο και ο εναλλάκτης βρύσης.

 

 

 

 

 

Οι μετασχηματιστές όχι μόνο αυξάνουν την τάση για να παραδώσουν ηλεκτρική ενέργεια σε περιοχές κατανάλωσης αλλά και μειώνουν την τάση σε διάφορα επίπεδα για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Συνοπτικά, τόσο η ενίσχυση τάσης όσο και η μείωση είναι εργασίες που επιτελούνται από τους μετασχηματιστές.

 

 

 

Όταν ο όγκος του λαδιού του μετασχηματιστή διαστέλλεται ή συστέλλεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας του λαδιού, το μαξιλάρι λαδιού παίζει ρόλο στην αποθήκευση και την αναπλήρωση λαδιού, διασφαλίζοντας ότι η δεξαμενή λαδιού γεμίζει με λάδι. Επιπλέον, με την τοποθέτηση του μαξιλαριού λαδιού, η επιφάνεια επαφής μεταξύ του μετασχηματιστή και του αέρα μειώνεται, επιβραδύνοντας τον ρυθμό υποβάθμισης του λαδιού. Το πλάι του μαξιλαριού λαδιού είναι επίσης εξοπλισμένο με μετρητή στάθμης λαδιού για την παρακολούθηση των αλλαγών στη στάθμη λαδιού. Υπάρχουν κυρίως τρεις μορφές μαξιλαριών λαδιού: κυματοειδούς τύπου, τύπου κάψουλας και τύπου διαφράγματος.

 

 

 

Στους μετασχηματιστές που λειτουργούν, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ανώτερου και του κάτω στρώματος λαδιού προκαλεί την κυκλοφορία του λαδιού μέσα στον καθαριστή λαδιού. Επιβλαβείς ουσίες στο λάδι, όπως υγρασία, ελεύθερος άνθρακας, οξείδια κ.λπ., απορροφώνται από το σιλικαζέλ στον καθαριστή λαδιού κατά τη διάρκεια της κυκλοφορίας του λαδιού. Αυτή η διαδικασία καθαρίζει το λάδι, διατηρώντας τις εξαιρετικές ηλεκτρικές και χημικές του ιδιότητες και συμβάλλοντας στην αναγέννηση του λαδιού μετασχηματιστή.

 

 

Από την αρχή λειτουργίας του μετασχηματιστή, μπορεί να γίνει κατανοητό ότι το ρεύμα εισέρχεται στην κύρια περιέλιξη και εξέρχεται από τη δευτερεύουσα περιέλιξη. Καθώς η κατεύθυνση του εναλλασσόμενου ρεύματος εισόδου αλλάζει συνεχώς, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που μεταβάλλεται ταυτόχρονα με το ρεύμα. Το μέγεθος και η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου αλλάζουν συνεχώς, προκαλώντας έτσι ρεύμα στο δευτερεύον πηνίο. Η τάση σε κάθε στροφή του πηνίου είναι ίση και όσο περισσότερες στροφές στο δευτερεύον πηνίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση εξόδου από το δευτερεύον πηνίο.

 

 

Εάν ο αριθμός των στροφών στο πρωτεύον πηνίο είναι μεγαλύτερος από αυτόν στο δευτερεύον πηνίο, η τάση στο δευτερεύον πηνίο θα μειωθεί και αυτό είναι γνωστό ως μετασχηματιστής υποβάθμισης. Αντίθετα, εάν ο αριθμός των στροφών στο πρωτεύον πηνίο είναι μικρότερος από αυτόν στο δευτερεύον πηνίο, η τάση στο δευτερεύον πηνίο θα αυξηθεί και αυτό είναι γνωστό ως μετασχηματιστής ανόδου.

 

 

Ένας αυτομετασχηματιστής έχει μόνο ένα σετ πηνίων, με το δευτερεύον πηνίο να χτυπιέται από το πρωτεύον πηνίο. Εκτός από την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, αυτός ο τύπος μετασχηματιστή περιλαμβάνει επίσης τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Οι αυτομετασχηματιστές απαιτούν συνήθως λιγότερα φύλλα πυριτίου και σύρματα χαλκού σε σύγκριση με τους συμβατικούς μετασχηματιστές και χρησιμοποιούνται συνήθως για ρύθμιση τάσης.

 

 

 

Ο ρυθμός ρύθμισης τάσης είναι ένας από τους κύριους δείκτες απόδοσης ενός ρυθμιστή τάσης. Όταν ο μετασχηματιστής παρέχει ισχύ στο φορτίο, η τάση στο άκρο του φορτίου του μετασχηματιστή θα μειωθεί αναπόφευκτα. Ο ρυθμός ρύθμισης της τάσης υπολογίζεται συγκρίνοντας τη μειωμένη τιμή τάσης με την ονομαστική τάση και εκφράζοντας την ως ποσοστό. Ο τύπος είναι ο εξής: Ρυθμός ρύθμισης τάσης=[(Δευτερεύουσα ονομαστική τάση - Τάση τελικού φορτίου)/Δευτερεύουσα ονομαστική τάση] × 100%. Για τυπικούς μετασχηματιστές ισχύος, ο ρυθμός ρύθμισης τάσης είναι 4% έως 6% όταν συνδέεται στο ονομαστικό φορτίο.

 

 

Κατά την κανονική λειτουργία, ο συντελεστής φορτίου της καμπύλης ημερήσιου φορτίου για μετασχηματιστές είναι συνήθως μικρότερος από 1.

 

Σύμφωνα με την αρχή της ισοδύναμης παλαίωσης, εφόσον η αυξημένη διάρκεια ζωής λόγω πρόσθετων απωλειών κατά την υπερφόρτωση αντισταθμίζει τη μειωμένη διάρκεια ζωής λόγω μειωμένων απωλειών κατά την υποφόρτιση, η καθορισμένη διάρκεια ζωής μπορεί να επιτευχθεί. Η κανονική ικανότητα υπερφόρτωσης ενός μετασχηματιστή καθορίζεται με βάση την αρχή της μη θυσίας της κανονικής διάρκειας ζωής.

 

Σε όλο το χρονικό διάστημα, εφόσον ο ρυθμός γήρανσης της μόνωσης του μετασχηματιστή είναι μικρότερος ή ίσος με 1 και πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις:

1. Κατά την περίοδο υπερφόρτωσης, η θερμοκρασία του πιο ζεστού σημείου στην περιέλιξη δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 140 βαθμούς και η θερμοκρασία του ανώτερου στρώματος λαδιού δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 95 βαθμούς.

2. Η μέγιστη υπερφόρτωση του μετασχηματιστή δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50% του ονομαστικού φορτίου.

 

 

Τόσο οι υπερβολικά υψηλές όσο και οι χαμηλές τάσεις μπορούν να επηρεάσουν την κανονική λειτουργία και τη διάρκεια ζωής των μετασχηματιστών, απαιτώντας ρύθμιση τάσης.

 

 

Οι μικροί μετασχηματιστές αναφέρονται σε μονοφασικούς μετασχηματιστές με χωρητικότητα 1 kVA ή μικρότερη. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως μετασχηματιστές ισχύος για τον έλεγχο ηλεκτρικού εξοπλισμού, μετασχηματιστές ισχύος για ηλεκτρονικές συσκευές και μετασχηματιστές ισχύος για φωτισμό ασφαλείας.

 

 

1. Απώλεια σιδήρου που προκαλείται από τον πυρήνα του σιδήρου. Όταν το πηνίο ενεργοποιείται, το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί δινορεύματα και απώλεια υστέρησης στον πυρήνα του σιδήρου.

2. Απώλεια χαλκού που προκαλείται από την αντίσταση του ίδιου του πηνίου. Όταν υπάρχει ρεύμα που διαρρέει τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα πηνία του μετασχηματιστή, συμβαίνει απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας.

 

 

1. Καθορίστε με σαφήνεια τον σκοπό. Είτε πρόκειται για αύξηση είτε για μείωση τάσης.

2. Καθορίστε ξεκάθαρα τη φάση τροφοδοσίας. Μονοφασικό ή τριφασικό.

3. Καθορίστε με σαφήνεια τη χρήση και το περιβάλλον. Επιλέξτε τη μέθοδο ψύξης για τον μετασχηματιστή.

4. Με βάση την πραγματική χρήση και τον προϋπολογισμό, αποφασίστε για το υλικό του πηνίου (χαλκός/αλουμίνιο).

5. Επιλέξτε σύμφωνα με τις ονομαστικές παραμέτρους του μετασχηματιστή, συμπεριλαμβανομένης της ονομαστικής τάσης, του ονομαστικού ρεύματος και της ονομαστικής χωρητικότητας.

 

 

Κατά την κανονική λειτουργία ενός μετασχηματιστή ισχύος, ο πυρήνας σιδήρου πρέπει να έχει αξιόπιστη γείωση. Εάν δεν είναι γειωμένη, η αιωρούμενη τάση του πυρήνα του σιδήρου προς το έδαφος μπορεί να προκαλέσει διαλείπουσα εκκένωση βλάβης, εξαλείφοντας την πιθανότητα σχηματισμού πλεονάζοντος δυναμικού του πυρήνα σιδήρου στο έδαφος μετά τη γείωση ενός σημείου.

 

Ωστόσο, όταν υπάρχουν περισσότερα από δύο σημεία γείωσης για τον πυρήνα σιδήρου, το ανομοιόμορφο δυναμικό μεταξύ των σημείων γείωσης θα σχηματίσει ένα ρεύμα κυκλοφορίας, οδηγώντας σε σφάλματα θέρμανσης γείωσης πολλαπλών σημείων του πυρήνα σιδήρου. Το σφάλμα γείωσης του πυρήνα σιδήρου του μετασχηματιστή μπορεί να προκαλέσει τοπική υπερθέρμανση του πυρήνα σιδήρου. Σε σοβαρές περιπτώσεις, η τοπική άνοδος της θερμοκρασίας του πυρήνα του σιδήρου αυξάνεται, οδηγώντας σε μια μικρή ενέργεια αερίου ή ακόμα και σε μια σημαντική ενέργεια αερίου, με αποτέλεσμα ατυχήματα σκοντάφτωσης.

 

 

Το κοινό σημείο σύνδεσης όπου το πρώτο (ή το τελευταίο) άκρο μιας τριφασικής περιέλιξης συνδέεται μεταξύ τους αναφέρεται ως το ουδέτερο σημείο της πηγής ισχύος. Όταν το ουδέτερο σημείο της πηγής ισχύος είναι καλά συνδεδεμένο με τη συσκευή γείωσης, αυτό το ουδέτερο σημείο ονομάζεται σημείο μηδέν. Το σύρμα που οδηγεί από το σημείο μηδέν αναφέρεται στη συνέχεια ως ουδέτερο καλώδιο.

 

 

Ο μετρητής ενέργειας μπορεί ταυτόχρονα να υποδεικνύει ενεργή και άεργο ισχύ, να εκτελέσει μέτρηση, να εμφανίσει συντελεστή ισχύος, καμπύλες φορτίου, μέγιστο φορτίο, ελάχιστο χρόνο φόρτωσης κ.λπ.

Ο μετρητής ισχύος μπορεί να υποδεικνύει μεμονωμένα μόνο τιμές ενεργού ή άεργου ισχύος.

 

 

Η εμφάνιση ρωγμών στο περίβλημα θα μειώσει την αντοχή της μόνωσης, οδηγώντας σε περαιτέρω ζημιά στη μόνωση μέχρι να συμβεί πλήρης διάσπαση. Το πάγωμα του νερού στις ρωγμές μπορεί επίσης να προκαλέσει διαστολή και ρωγμές του περιβλήματος.

 

 

Η κεντρική συσκευή σηματοδότησης περιλαμβάνει σήματα συναγερμού και σήματα προσυναγερμού, εγκατεστημένα στον κεντρικό πίνακα σηματοδότησης στην κύρια αίθουσα ελέγχου του υποσταθμού. Όταν ο διακόπτης κυκλώματος οποιασδήποτε συσκευής διανομής στον υποσταθμό απενεργοποιηθεί λόγω βλάβης, ενεργοποιείται το σήμα συναγερμού. Το σήμα προσυναγερμού ενεργοποιείται σε περίπτωση μη φυσιολογικής λειτουργίας ή διακοπής της παροχής ρεύματος. Τόσο το σήμα συναγερμού όσο και το σήμα προσυναγερμού είναι εξοπλισμένα με συσκευές σηματοδότησης ήχου και εικόνας. Το ηχητικό σήμα προσελκύει την προσοχή του εν ώρα υπηρεσίας, ενώ το οπτικό σήμα βοηθά το εν ώρα υπηρεσίας να εκτιμήσει τη φύση και τη θέση της βλάβης.

 

 

Η εσωτερική υπέρταση προκαλείται από μια ξαφνική αλλαγή στην κατάσταση του συστήματος λόγω λειτουργιών, ατυχημάτων ή άλλων λόγων, που οδηγεί σε μετάβαση από τη μια σταθερή κατάσταση στην άλλη. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ενδέχεται να υπάρξουν επικίνδυνες συνθήκες υπέρτασης για το σύστημα.

 

 

1. Λειτουργία ελέγχου: Όταν υπάρχει ρεύμα χωρίς φορτίο ή υψηλό φορτίο ρεύματος στο κύκλωμα, μπορεί να αποσυνδεθεί ή να κλείσει αμέσως για να ελέγξει ολόκληρο το κύκλωμα.

 

2. Λειτουργία προστασίας: Σε περίπτωση σφάλματος κυκλώματος, όπως βραχυκύκλωμα ή ανοιχτό κύκλωμα, μπορεί να χρησιμοποιήσει την ικανότητα διακοπής ρεύματος του διακόπτη υψηλής τάσης. Με αυτήν την προστατευτική λειτουργία, μπορεί να αποτρέψει προβλήματα στο κύκλωμα.

 

Rui DuΗ M&E ειδικεύεται στην παραγωγή και τις πωλήσειςεξοπλισμός δοκιμής μετασχηματιστή. Ο εξοπλισμός δοκιμών μας περιλαμβάνει ελεγκτές μετασχηματιστή μαυρίσματος δέλτα, ελεγκτές αναλογίας μετασχηματιστών, ελεγκτές απόκρισης συχνότητας σάρωσης μετασχηματιστών, κ.λπ. ανυπομονώ για τη διαβούλευση σας.