Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας των μετασχηματιστών ισχύος

Μια ηλεκτρική μονάδα με δύο, τρεις ή περισσότερες περιελίξεις είναι εγκατεστημένη στατικά στο ηλεκτρικό δίκτυο. Ο μετασχηματιστής ισχύος αλλάζει εναλλασσόμενη τάση και ρεύμα χωρίς απόκλιση συχνότητας. Ο μετατροπέας που χρησιμοποιείται σε δευτερεύοντα τροφοδοτικά ονομάζεται συσκευή step-down. Οι ανοδικές κατασκευές αυξάνουν την τάση, χρησιμοποιούνται σε γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης με υψηλή ισχύ, απόδοση και χωρητικότητα.

Περιοχή εφαρμογής

Το σύνολο των εγκαταστάσεων που έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνει μετασχηματιστές ισχύος. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιούν την ενέργεια ενός ατόμου, οργανικού, στερεού ή υγρού καυσίμου, λειτουργούν με αέριο ή χρησιμοποιούν την ισχύ ενός ρεύματος νερού, αλλά οι μετατροπείς εξόδου του υποσταθμού είναι απαραίτητοι για την κανονική λειτουργία των καταναλωτών και των γραμμών παραγωγής.

Οι μονάδες είναι εγκατεστημένες σε δίκτυα βιομηχανικών εγκαταστάσεων, αγροτικών επιχειρήσεων, αμυντικών συγκροτημάτων, αναπτύξεων πετρελαίου και φυσικού αερίου. Ο άμεσος σκοπός ενός μετασχηματιστή ισχύος - να μειώσει και να αυξήσει την τάση και το ρεύμα - χρησιμοποιείται για τη λειτουργία μεταφορικών, στέγασης, υποδομής λιανικής, εγκαταστάσεις διανομής δικτύου.

Κύρια μέρη και συστήματα

Η τάση τροφοδοσίας και το φορτίο εφαρμόζονται στις εισόδους, οι οποίες βρίσκονται στο εσωτερικό ή στο εξωτερικό μπλοκ ακροδεκτών. Η επαφή στερεώνεται με μπουλόνια ή ειδικούς συνδετήρες. Στις μονάδες λαδιού, οι είσοδοι είναι διατεταγμένες εξωτερικά στις πλευρές της δεξαμενής ή στο κάλυμμα του αφαιρούμενου περιβλήματος.

Η μετάδοση από τις εσωτερικές περιελίξεις πηγαίνει σε εύκαμπτους αποσβεστήρες ή σπειρώματα από μη σιδηρούχα μέταλλα. Οι μετασχηματιστές ισχύος και οι θήκες τους μονώνονται από τα μπουλόνια με μια πορσελάνη ή πλαστική στρώση. Τα κενά εξαλείφονται με παρεμβύσματα κατασκευασμένα από υλικό ανθεκτικό σε λάδια και συνθετικά υγρά.

Οι ψύκτες μειώνουν τη θερμοκρασία του λαδιού από την επάνω περιοχή της δεξαμενής και το μεταφέρουν στο πλάγιο κάτω στρώμα. Η συσκευή ψύξης του μετασχηματιστή λαδιού ισχύος αντιπροσωπεύεται από:

• ένα εξωτερικό κύκλωμα που αφαιρεί τη θερμότητα από τον φορέα.
• λάδι θέρμανσης εσωτερικού κυκλώματος.

Οι ψύκτες είναι διαφορετικών τύπων:

• καλοριφέρ - ένα σύνολο επίπεδων καναλιών με συγκόλληση στο άκρο, που βρίσκονται σε πλάκες για επικοινωνία μεταξύ των κάτω και των άνω συλλεκτών.
• κυματοειδείς δεξαμενές - τοποθετημένες σε μονάδες χαμηλής και μέσης ισχύος, είναι και ένα δοχείο για τη μείωση της θερμοκρασίας και μια δεξαμενή εργασίας με μια διπλωμένη επιφάνεια των τοίχων και ένα κουτί πυθμένα.
• ανεμιστήρες - είναι εξοπλισμένοι με μεγάλες μονάδες μετασχηματιστή για εξαναγκασμένη ψύξη της ροής.
• εναλλάκτες θερμότητας - χρησιμοποιούνται σε μεγάλες μονάδες για τη μετακίνηση συνθετικών υγρών με χρήση αντλίας, επειδήη οργάνωση της φυσικής κυκλοφορίας απαιτεί πολύ χώρο.
• εγκαταστάσεις νερού-ελαίου - σωληνοειδείς εναλλάκτες θερμότητας σύμφωνα με την κλασική τεχνολογία.
• Οι αντλίες κυκλοφορίας είναι ερμητικά σχέδια με πλήρη βύθιση του κινητήρα απουσία παρεμβυσμάτων του κουτιού πλήρωσης.

Ο εξοπλισμός για μετασχηματισμό τάσης παρέχεται με συσκευές ελέγχου για την αλλαγή του αριθμού των στροφών εργασίας. Η τάση στο δευτερεύον τύλιγμα τροποποιείται χρησιμοποιώντας τον διακόπτη για τον αριθμό των πηνίων ή ρυθμίζεται με βίδες κατά την επιλογή της θέσης των βραχυκυκλωτικών. Έτσι συνδέονται τα καλώδια ενός γειωμένου ή απενεργοποιημένου μετασχηματιστή. Οι μονάδες ρύθμισης μετατρέπουν την τάση σε μικρές περιοχές.

Ανάλογα με τις συνθήκες, οι διακόπτες για τον αριθμό των σπειρών χωρίζονται σε τύπους:

• συσκευές που λειτουργούν όταν το φορτίο είναι απενεργοποιημένο·
• στοιχεία που λειτουργούν όταν η δευτερεύουσα περιέλιξη βραχυκυκλώνεται στην αντίσταση.

Συνημμένο

Το ρελέ αερίου βρίσκεται στον συνδετικό σωλήνα μεταξύ των δεξαμενών διαστολής και εργασίας. Η συσκευή αποτρέπει την αποσύνθεση μονωτικών οργανικών ουσιών, λαδιών κατά την υπερθέρμανση και μικρές βλάβες στο σύστημα. Η συσκευή αντιδρά στον σχηματισμό αερίου σε περίπτωση δυσλειτουργίας, δίνει σήμα συναγερμού ή απενεργοποιεί πλήρως το σύστημα σε περίπτωση βραχυκυκλώματος ή επικίνδυνης πτώσης της στάθμης του υγρού.

Τα θερμοστοιχεία τοποθετούνται στην κορυφή της δεξαμενής σε τσέπες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Λειτουργούν με βάση την αρχή του μαθηματικού υπολογισμού για να προσδιορίσουν το πιο θερμαινόμενο μέρος της μονάδας. Οι σύγχρονοι αισθητήρες βασίζονται στην τεχνολογία οπτικών ινών.

Η μονάδα συνεχούς αναγέννησης χρησιμοποιείται για την αποκατάσταση και τον καθαρισμό του λαδιού. Ως αποτέλεσμα της εργασίας, σχηματίζεται σκωρία στη μάζα, εισέρχεται αέρας σε αυτήν.Οι συσκευές αναγέννησης είναι δύο τύπων:

• Θερμοσύφωνα, χρησιμοποιώντας τη φυσική κίνηση των θερμαινόμενων στρωμάτων προς τα πάνω και περνώντας μέσα από το φίλτρο, το επακόλουθο χαμήλωμα των ψυχόμενων ρευμάτων στον πυθμένα της δεξαμενής.
• Οι μονάδες ποιότητας προσρόφησης αντλούν τη μάζα δια της βίας μέσω των φίλτρων με αντλία, βρίσκονται χωριστά στη βάση και χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα μεγάλων μετατροπέων.

Οι μονάδες προστασίας λαδιού είναι ένα δοχείο διαστολής ανοιχτού τύπου. Ο αέρας πάνω από την επιφάνεια της μάζας διέρχεται μέσω αποξηραντικών γέλης πυριτίου. Το προσροφητικό στη μέγιστη υγρασία γίνεται ροζ, το οποίο χρησιμεύει ως σήμα για την αντικατάστασή του.

Μια τσιμούχα λαδιού είναι τοποθετημένη στο επάνω μέρος του διαστολέα. Αυτή είναι μια συσκευή για τη μείωση της υγρασίας του αέρα, που λειτουργεί σε ξηρό λάδι μετασχηματιστή. Η μονάδα συνδέεται με το δοχείο διαστολής με σωλήνα. Στην κορυφή, ένα δοχείο είναι συγκολλημένο με εσωτερικό διαχωρισμό με τη μορφή πολλών τοίχων με τη μορφή λαβύρινθου. Ο αέρας διέρχεται από το λάδι, εκπέμπει υγρασία, στη συνέχεια καθαρίζεται με σιλικαζέλ και εισέρχεται στο διαστολέα.

Συσκευές ελέγχου

Η συσκευή εκτόνωσης πίεσης αποτρέπει μια έκρηξη πίεσης έκτακτης ανάγκης λόγω βραχυκυκλώματος ή ισχυρής αποσύνθεσης λαδιού και παρέχεται στο σχεδιασμό ισχυρών μονάδων σύμφωνα με το GOST 11677-1975. Η συσκευή κατασκευάζεται με τη μορφή σωλήνα εκκένωσης, που βρίσκεται υπό γωνία προς το κάλυμμα του μετασχηματιστή. Στο τέλος υπάρχει μια σφραγισμένη μεμβράνη που μπορεί να ξεδιπλωθεί αμέσως και να αφήσει την εξάτμιση να περάσει.

Επιπλέον, άλλες μονάδες είναι εγκατεστημένες στον μετασχηματιστή:

1. Οι αισθητήρες στάθμης λαδιού στη δεξαμενή, εξοπλισμένοι με καντράν ή κατασκευασμένοι με τη μορφή γυάλινου σωλήνα επικοινωνούντων δοχείων, τοποθετούνται στο άκρο του διαστολέα.
2. Οι ενσωματωμένοι μετασχηματιστές είναι τοποθετημένοι μέσα στη μονάδα ή κοντά στο χιτώνιο γείωσης στο πλάι των μονωτών τροφοδοσίας ή σε ζυγούς χαμηλής τάσης. Σε αυτή την περίπτωση, δεν χρειάζεται μεγάλος αριθμός μεμονωμένων μετατροπέων σε υποσταθμό με εσωτερική και εξωτερική μόνωση.
3. Ο ανιχνευτής εύφλεκτων ακαθαρσιών και αερίων ανιχνεύει το υδρογόνο στη μάζα του ελαίου και το συμπιέζει έξω μέσω της μεμβράνης. Η συσκευή υποδεικνύει τον αρχικό βαθμό σχηματισμού αερίου προτού το συμπυκνωμένο μείγμα προκαλέσει τη λειτουργία του ρελέ ελέγχου.
4. Ο μετρητής ροής παρακολουθεί τις απώλειες λαδιού σε υποσταθμούς που λειτουργούν με την αρχή της αναγκαστικής μείωσης της θερμοκρασίας. Η συσκευή μετρά τη διαφορά κεφαλής και καθορίζει την πίεση και στις δύο πλευρές του εμποδίου στη ροή. Σε υδρόψυκτες μονάδες, οι μετρητές ροής διαβάζουν την κατανάλωση υγρασίας. Τα στοιχεία είναι εξοπλισμένα με συναγερμό σε περίπτωση ατυχήματος και καντράν για τον προσδιορισμό των ενδείξεων.

Αρχή λειτουργίας και τρόποι λειτουργίας

Ένας απλός μετασχηματιστής είναι εξοπλισμένος με έναν πυρήνα από μόνιμο κράμα, φερρίτη και δύο περιελίξεις. Το μαγνητικό κύκλωμα περιλαμβάνει ένα σετ ταινίας, πλάκας ή χυτευμένων στοιχείων. Κινεί τη μαγνητική ροή που εμφανίζεται υπό τη δράση του ηλεκτρισμού. Η αρχή λειτουργίας ενός μετασχηματιστή ισχύος είναι να μετατρέπει τους δείκτες ρεύματος και τάσης χρησιμοποιώντας επαγωγή, ενώ η συχνότητα και το σχήμα του γραφήματος της κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων παραμένουν σταθερά.

Στους μετασχηματιστές ανόδου, το κύκλωμα παρέχει αυξημένη τάση στη δευτερεύουσα περιέλιξη σε σύγκριση με το πρωτεύον πηνίο. Στις μονάδες βήμα προς τα κάτω, η τάση εισόδου είναι υψηλότερη από την έξοδο. Ο πυρήνας με τις σπειροειδείς στροφές βρίσκεται σε ένα δοχείο με λάδι.

Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ενεργοποιημένο, σχηματίζεται ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στην κύρια σπείρα. Κλείνει στον πυρήνα και επηρεάζει το δευτερεύον κύκλωμα. Παράγεται μια ηλεκτροκινητική δύναμη η οποία μεταδίδεται στα συνδεδεμένα φορτία στην έξοδο του μετασχηματιστή. Ο σταθμός λειτουργεί με τρεις τρόπους:

1. Το ρελαντί χαρακτηρίζεται από την ανοιχτή κατάσταση του δευτερεύοντος πηνίου και την απουσία ρεύματος μέσα στις περιελίξεις. Η ηλεκτρική ενέργεια χωρίς φορτίο ρέει στο πρωτεύον πηνίο, το οποίο είναι 2-5% της ονομαστικής τιμής.
2. Η εργασία υπό φορτίο πραγματοποιείται με τη σύνδεση ισχύος και καταναλωτών. Οι μετασχηματιστές ισχύος δείχνουν ενέργεια σε δύο περιελίξεις, η εργασία σε τέτοιους κανονισμούς είναι συνηθισμένη για τη μονάδα.
3. Ένα βραχυκύκλωμα στο οποίο η αντίσταση στο δευτερεύον πηνίο παραμένει το μόνο φορτίο. Η λειτουργία σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε τις απώλειες για τη θέρμανση των περιελίξεων του πυρήνα.

Λειτουργία αδράνειας

Η ηλεκτρική ενέργεια στο πρωτεύον πηνίο είναι ίση με την τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος μαγνήτισης, το δευτερεύον ρεύμα δείχνει μηδενικές τιμές. Η ηλεκτροκινητική δύναμη του αρχικού πηνίου στην περίπτωση ενός σιδηρομαγνητικού άκρου αντικαθιστά πλήρως την τάση της πηγής, δεν υπάρχουν ρεύματα φορτίου. Η λειτουργία ρελαντί ανιχνεύει στιγμιαίες απώλειες ενεργοποίησης και δινορεύματα, καθορίζει την αντιστάθμιση άεργου ισχύος για τη διατήρηση της απαιτούμενης τάσης εξόδου.

Σε μια μονάδα χωρίς σιδηρομαγνητικό αγωγό, δεν υπάρχουν απώλειες λόγω αλλαγής του μαγνητικού πεδίου. Το ρεύμα χωρίς φορτίο είναι ανάλογο με την αντίσταση του πρωτεύοντος τυλίγματος. Η ικανότητα αντίστασης στη διέλευση φορτισμένων ηλεκτρονίων μετασχηματίζεται αλλάζοντας τη συχνότητα του ρεύματος και το μέγεθος της επαγωγής.

Λειτουργία βραχυκυκλώματος

Μια μικρή εναλλασσόμενη τάση εφαρμόζεται στο πρωτεύον πηνίο, οι έξοδοι του δευτερεύοντος πηνίου βραχυκυκλώνονται.Οι δείκτες τάσης εισόδου επιλέγονται έτσι ώστε το ρεύμα βραχυκυκλώματος να αντιστοιχεί στην υπολογιζόμενη ή ονομαστική τιμή της μονάδας. Το μέγεθος της τάσης βραχυκυκλώματος καθορίζει τις απώλειες στα πηνία του μετασχηματιστή και το κόστος αντίστασης στο υλικό του αγωγού. Μέρος του συνεχούς ρεύματος υπερνικά την αντίσταση και μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, ο πυρήνας θερμαίνεται.

Η τάση βραχυκυκλώματος υπολογίζεται ως ποσοστό της ονομαστικής τιμής. Η παράμετρος που λαμβάνεται κατά τη λειτουργία σε αυτή τη λειτουργία είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της μονάδας. Ο πολλαπλασιασμός του με το ρεύμα βραχυκυκλώματος δίνει την απώλεια ισχύος.

Λειτουργία εργασίας

Όταν ένα φορτίο συνδέεται στο δευτερεύον κύκλωμα, τα σωματίδια κινούνται, προκαλώντας μαγνητική ροή στον αγωγό. Κατευθύνεται μακριά από τη ροή που παράγεται από το πρωτεύον πηνίο. Στο πρωτεύον τύλιγμα, υπάρχει μια διαφωνία μεταξύ της ηλεκτροκινητικής δύναμης επαγωγής και της πηγής ισχύος. Το ρεύμα στην αρχική σπείρα αυξάνεται μέχρι τη στιγμή που το μαγνητικό πεδίο δεν αποκτήσει την αρχική του τιμή.

Η μαγνητική ροή του διανύσματος επαγωγής χαρακτηρίζει τη διέλευση του πεδίου από την επιλεγμένη επιφάνεια και καθορίζεται από το χρονικό ολοκλήρωμα του δείκτη στιγμιαίας δύναμης στο πρωτεύον πηνίο. Ο εκθέτης είναι 90˚ εκτός φάσης ως προς την κινητήρια δύναμη. Το επαγόμενο emf στο δευτερεύον κύκλωμα συμπίπτει σε σχήμα και φάση με αυτό στο πρωτεύον πηνίο.

Τύποι και τύποι μετασχηματιστών

Οι μονάδες ισχύος χρησιμοποιούνται στην περίπτωση μετατροπής ρεύματος υψηλής τάσης και υψηλής ισχύος, δεν χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της απόδοσης του δικτύου.Η εγκατάσταση δικαιολογείται σε περίπτωση διαφοράς τάσης στο δίκτυο του παραγωγού ενέργειας και του κυκλώματος που πηγαίνει στον καταναλωτή. Ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων, οι σταθμοί μπορούν να ταξινομηθούν ως μονάδες μονού πηνίου ή μονάδες πολλαπλών περιελίξεων.

Ένας μονοφασικός μετατροπέας ισχύος είναι εγκατεστημένος στατικά, χαρακτηρίζεται από περιελίξεις που συνδέονται με αμοιβαία επαγωγή, που βρίσκονται ακίνητα. Ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος με τη μορφή κλειστού πλαισίου, υπάρχουν κάτω, άνω ζυγός και πλευρικές ράβδοι, όπου βρίσκονται οι σπείρες. Τα πηνία και ένας μαγνητικός πυρήνας λειτουργούν ως ενεργά στοιχεία.

Οι περιελίξεις στις ράβδους είναι σε καθορισμένους συνδυασμούς σύμφωνα με τον αριθμό και το σχήμα των στροφών ή είναι διατεταγμένες σε ομόκεντρη σειρά. Το πιο κοινό και συχνά χρησιμοποιούμενο κυλινδρικό περιτύλιγμα. Τα δομικά στοιχεία της μονάδας στερεώνουν τα μέρη του σταθμού, απομονώνουν τις διόδους μεταξύ των πηνίων, ψύχουν τα μέρη και αποτρέπουν τις βλάβες. Η διαμήκης μόνωση καλύπτει μεμονωμένες στροφές ή συνδυασμούς τους στον πυρήνα. Τα πρωτεύοντα διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται για την πρόληψη της μετάβασης μεταξύ γείωσης και περιελίξεων.

Στα συστήματα τριφασικών δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, εγκαθίστανται εγκαταστάσεις δύο περιελίξεων και τριών περιελίξεων για την ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου μεταξύ των εισόδων και των εξόδων ή αντικατάστασης συσκευών για μία φάση. Οι ελαιόψυκτοι μετασχηματιστές περιέχουν ένα μαγνητικό κύκλωμα με περιελίξεις που βρίσκονται σε μια δεξαμενή με μια ουσία.

Οι περιελίξεις είναι διατεταγμένες σε έναν κοινό αγωγό, ενώ παρέχονται πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κυκλώματα που αλληλεπιδρούν λόγω της εμφάνισης κοινού πεδίου, ρεύματος ή πόλωσης όταν φορτισμένα ηλεκτρόνια κινούνται σε ένα μαγνητικό μέσο. Αυτή η συνολική επαγωγή καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό της απόδοσης της εγκατάστασης, υψηλής και χαμηλής τάσης.Χρησιμοποιείται ένα σχέδιο αντικατάστασης μετασχηματιστή, στο οποίο οι περιελίξεις αλληλεπιδρούν όχι σε μαγνητικό, αλλά σε ηλεκτρικό περιβάλλον.

Εφαρμόζεται η αρχή της ισοδυναμίας της δράσης των ροών διάχυσης στο έργο των αντιστάσεων των επαγωγικών πηνίων που διέρχεται ρεύμα. Διακρίνετε τις σπείρες με ενεργή αντίσταση επαγωγής. Ο δεύτερος τύπος είναι μαγνητικά συνδεδεμένα περιτυλίγματα που μεταδίδουν σωματίδια χωρίς ροές σκέδασης με ελάχιστες αποφρακτικές ιδιότητες.

Παρόμοια άρθρα: