Come è organizzato e funzionante il trasformatore, quali caratteristiche vengono prese in considerazione durante il funzionamento

In ingegneria energetica, elettronica e altri settori dell'ingegneria elettrica applicata, un ruolo importante è dato alle trasformazioni di energia elettromagnetica da un tipo a un altro. Numerosi dispositivi di trasformazione, creati per varie attività di produzione, affrontano questo problema.

Alcuni di essi, con il design più complesso, eseguono ad esempio la trasformazione di potenti flussi di energia ad alta tensione. 500 o 750 kilovolt in 330 e 110 kV o nella direzione opposta.

Altri lavorano come parte di dispositivi di piccole dimensioni di elettrodomestici, dispositivi elettronici, sistemi di automazione. Sono anche ampiamente usati. in vari alimentatori di dispositivi mobili.

I trasformatori funzionano solo in circuiti a tensione alternata di frequenze diverse e non sono destinati all'uso in circuiti CC che utilizzano altri tipi di convertitori.

I trasformatori sono divisi in due gruppi principali: monofase, alimentato da una rete a corrente alternata monofase, e trifase, alimentato da una rete a corrente alternata trifase.

I trasformatori sono molto diversi nel design. Gli elementi principali del trasformatore sono: un nucleo in acciaio chiuso (nucleo magnetico), avvolgimenti e parti utilizzati per collegare il circuito magnetico e le bobine con avvolgimenti e installare il trasformatore nel dispositivo raddrizzatore. Il tubo centrale è progettato per creare un percorso chiuso per il flusso magnetico.

Le parti del circuito magnetico su cui si trovano gli avvolgimenti sono chiamate barre, e le parti su cui non sono presenti avvolgimenti e che servono a chiudere il flusso magnetico nel circuito magnetico sono chiamate gioghi. Il materiale per il circuito magnetico del trasformatore è in lamiera di acciaio elettrico (acciaio per trasformatore). Questo acciaio può essere di vari gradi, spessori, laminazione a caldo ea freddo.

Principi generali di funzionamento dei trasformatori

Sappiamo che l'energia elettromagnetica è inestricabile. Ma è consuetudine rappresentarlo in due componenti:

1. elettrico;

2. magnetico.

È più facile comprendere i fenomeni che si verificano, descrivere i processi, effettuare calcoli, progettare vari dispositivi e circuiti. Intere sezioni di ingegneria elettrica sono dedicate ad analisi separate del funzionamento dei circuiti elettrici e magnetici.

La corrente elettrica, come il flusso magnetico, scorre solo lungo un circuito chiuso con resistenza (elettrica o magnetica). È creato da forze esterne applicate - fonti di tensione delle energie corrispondenti.

Tuttavia, quando si considerano i principi di funzionamento dei dispositivi di trasformazione, sarà necessario studiare simultaneamente entrambi questi fattori e tener conto del loro complesso effetto sulla conversione di potenza.

Il trasformatore più semplice è costituito da due avvolgimenti realizzati da bobine di avvolgimento di un filo isolato attraverso il quale scorre la corrente elettrica e una linea per il flusso magnetico. È comunemente chiamato un nucleo o un nucleo magnetico.

La tensione dalla fonte di energia elettrica U1 viene applicata all'ingresso di un avvolgimento e dai terminali del secondo essa, dopo la conversione in U2, viene fornita al carico collegato R.

Sotto l'azione della tensione U1 nel primo avvolgimento, una corrente I1 scorre attraverso un circuito chiuso, il cui valore dipende dall'impedenza Z, che consiste di due componenti:

1. resistenza attiva dei fili dell'avvolgimento;

2. componente reattivo con carattere induttivo.

L'entità dell'induttanza ha una grande influenza sul funzionamento del trasformatore.

L'energia elettrica che fluisce attraverso l'avvolgimento primario sotto forma di corrente I1 è una parte dell'energia elettromagnetica, il cui campo magnetico è diretto perpendicolare al movimento delle cariche o alla posizione delle spire del filo. Il nucleo del trasformatore si trova nel suo piano - il circuito magnetico, attraverso il quale il flusso magnetico F.

Tutto ciò si riflette chiaramente nell'immagine e viene rigorosamente osservato durante la produzione. Anche il circuito magnetico stesso è chiuso, sebbene per alcuni scopi, ad esempio, per ridurre il flusso magnetico, si possano fare degli spazi vuoti, aumentando la sua resistenza magnetica.

A causa del flusso della corrente primaria attraverso l'avvolgimento, la componente magnetica del campo elettromagnetico penetra nel circuito magnetico e circola attraverso di esso, attraversando le spire dell'avvolgimento secondario, che è chiuso alla resistenza di uscita R.

Sotto l'influenza del flusso magnetico, una corrente elettrica I2 viene indotta nell'avvolgimento secondario. Il suo valore è influenzato dal valore dell'intensità del componente magnetico applicato e dall'impedenza del circuito, compreso il carico collegato R.

Quando il trasformatore funziona all'interno del circuito magnetico, viene creato un flusso magnetico comune F e i suoi componenti F1 e F2.

Come è organizzato e funziona l'autotrasformatore

Tra i dispositivi di trasformazione, le costruzioni semplificate sono particolarmente popolari, utilizzando non due diversi avvolgimenti realizzati separatamente, ma uno comune, suddiviso in sezioni. Si chiamano autotrasformatori.

Il principio di funzionamento di un tale circuito è rimasto praticamente lo stesso: l'energia elettromagnetica in ingresso viene convertita in uscita. Le correnti primarie I1 fluiscono attraverso gli avvolgimenti dell'avvolgimento W1 e le correnti secondarie I2 attraversano W2. Il circuito magnetico fornisce un percorso per il flusso magnetico F.

L'autotrasformatore ha una connessione galvanica tra i circuiti di ingresso e uscita. Poiché non tutta la potenza applicata della sorgente viene convertita, ma solo una parte di essa, viene creata un'efficienza superiore rispetto a quella di un trasformatore convenzionale.

Tali progetti possono risparmiare sui materiali: acciaio per il circuito magnetico, rame per avvolgimenti. Hanno meno peso e costi. Pertanto, vengono effettivamente utilizzati nel sistema energetico a partire da 110 kV e oltre.

Non ci sono praticamente differenze speciali nelle modalità operative del trasformatore e dell'autotrasformatore.

Modalità operative del trasformatore

Durante il funzionamento, qualsiasi trasformatore può trovarsi in uno dei seguenti stati:

• senza lavoro;

• modalità nominale;

• al minimo;

• corto circuito;

• sforzi eccessivi.

Modalità di spegnimento

Per crearlo, è sufficiente rimuovere la tensione di alimentazione della fonte di energia elettrica dall'avvolgimento primario e quindi escludere il passaggio della corrente elettrica attraverso di essa, cosa che fanno sempre senza fallo con dispositivi simili.

Tuttavia, in pratica, quando si lavora con strutture complesse del trasformatore, questa misura non fornisce misure di sicurezza complete: la tensione può rimanere sugli avvolgimenti e causare danni all'apparecchiatura, mettere in pericolo il personale a causa dell'esposizione accidentale a scariche di corrente.

Come può succedere?

Per i trasformatori di piccole dimensioni che funzionano come un alimentatore, come mostrato nella foto in alto, la tensione estranea non causerà alcun danno. Non ha semplicemente nessun posto da prendere da lì. E sulle apparecchiature elettriche deve essere preso in considerazione. Analizzeremo due cause comuni:

1. collegamento di una fonte esterna di elettricità;

2. l'effetto della tensione indotta.

Prima opzione

Su trasformatori complessi, non uno, ma vengono utilizzati diversi avvolgimenti, che vengono utilizzati in circuiti diversi. Tutti devono essere in tensione disconnessa.

Inoltre, nelle sottostazioni gestite in modalità automatica senza personale operativo costante, i trasformatori aggiuntivi sono collegati ai bus dei trasformatori di potenza, fornendo le proprie esigenze della sottostazione con energia elettrica di 0,4 kV.Sono progettati per alimentare protezioni, dispositivi di automazione, illuminazione, riscaldamento e altri scopi.

Si chiamano così - TSN o trasformatori ausiliari. Se la tensione viene rimossa dall'ingresso del trasformatore di potenza e i suoi circuiti secondari sono aperti e il lavoro viene eseguito sul TSN, allora c'è una possibilità di trasformazione inversa quando la tensione di 220 volt dalla parte bassa penetra a quella alta attraverso i bus di potenza collegati. Pertanto, devono essere disattivati.

Azione di tensione indotta

Se una linea ad alta tensione che funziona sotto tensione passa vicino ai bus del trasformatore spento, le correnti che lo attraversano possono indurre tensione sui bus. È necessario applicare misure per rimuoverlo.

Modalità operativa nominale

Questo è lo stato normale del trasformatore durante il suo funzionamento per il quale è stato creato. Le correnti negli avvolgimenti e le tensioni ad essi applicate corrispondono ai valori calcolati.

Il trasformatore in modalità di carico nominale consuma e converte le capacità corrispondenti ai valori di progettazione per l'intera risorsa prevista.

Modalità inattiva

Viene creato quando la tensione viene fornita al trasformatore dalla fonte di alimentazione e il carico viene disconnesso ai terminali dell'avvolgimento di uscita, cioè il circuito è aperto. Ciò elimina il flusso di corrente attraverso l'avvolgimento secondario.

Il trasformatore in modalità inattiva consuma la minima potenza possibile, determinata dalle sue caratteristiche di progettazione.

Modalità di corto circuito

Questa è la situazione in cui il carico collegato al trasformatore risulta cortocircuitato, deviato da catene con resistenze elettriche molto basse e l'intero alimentatore della sorgente di tensione agisce su di esso.

In questa modalità, il flusso di enormi correnti di corto circuito è praticamente illimitato. Hanno un'enorme energia termica e sono in grado di bruciare fili o apparecchiature. Inoltre, agiscono fino a quando il circuito di potenza attraverso l'avvolgimento secondario o primario si esaurisce, rompendosi nel punto più debole.

Questa è la modalità più pericolosa che può verificarsi durante il funzionamento del trasformatore e, in ogni caso, il momento più inaspettato nel tempo. Il suo aspetto può essere previsto e lo sviluppo dovrebbe essere limitato. A tal fine, utilizzano protezioni che monitorano l'eccesso di correnti consentite sul carico e le disattivano il più rapidamente possibile.

Modalità di sovratensione

Gli avvolgimenti del trasformatore sono coperti da uno strato di isolamento, creato per funzionare con una certa tensione. Durante il funzionamento, può essere superato per vari motivi che si presentano sia all'interno del sistema elettrico sia a causa dell'esposizione a fenomeni atmosferici.

In fabbrica viene determinato il valore della tensione in eccesso consentita, che può agire sull'isolamento fino a diverse ore e sovratensioni a breve termine create dai transitori durante la commutazione delle apparecchiature.

Per evitare il loro impatto, creano protezione contro le sovratensioni che, in caso di emergenza, disattivano l'alimentazione del circuito in modalità automatica o limitano gli impulsi di scarica.

Continuazione dell'articolo:I principali tipi di progetti di trasformatori

Comments

[#1 Ruslan]

Così incredibile!