Muuntajien tyypit

Muuntaja on staattinen sähkömagneettinen laite, joka sisältää kahdesta useampaan käämiin, jotka sijaitsevat yhteisellä magneettipiirillä ja on siten kytketty toisiinsa induktiivisesti. Se toimii muuntajana muuttamaan sähköenergiaa vaihtovirrasta sähkömagneettisen induktion avulla muuttamatta virran taajuutta. Muuntajia käytetään sekä AC-jännitteen muuntamiseen että galvaaninen eristys sähkö- ja elektroniikkatekniikan eri aloilla.

Rehellisyyden vuoksi huomautamme, että joissakin tapauksissa muuntaja voi sisältää vain yhden käämin (automuuntaja) ja sydän voi olla kokonaan poissa (HF - muuntaja), mutta useimmissa muuntajissa on ydin (magneettipiiri), joka on valmistettu pehmeä magneettinen ferromagneettinen materiaalija kaksi tai useampia eristettyjä nauha- tai lankakeloja, jotka on peitetty yhteisellä magneettivuolla, mutta ensinnäkin. Katsotaanpa, minkä tyyppisiä muuntajia ne ovat, miten ne on järjestetty ja mihin niitä käytetään.

Tehomuuntaja

Tämän tyyppisiä matalataajuisia (50-60 Hz) muuntajia käytetään sähköverkoissa sekä sähköenergian vastaanottamiseen ja muuntamiseen tarkoitetuissa asennuksissa. Miksi sitä kutsutaan voimaksi? Koska juuri tämän tyyppistä muuntajaa käytetään sähkön syöttämiseen ja vastaanottamiseen voimalinjoilta ja niiltä, ​​joissa jännite voi nousta 1150 kV:iin.

Kaupunkien sähköverkoissa jännite saavuttaa 10 kV. Tarkkaan läpi tehokkaat matalataajuiset muuntajat jännite laskee myös kuluttajien vaatimaan 0,4 kV, 380/220 volttiin.

Rakenteellisesti tyypillinen tehomuuntaja voi sisältää kaksi, kolme tai useampia käämiä, jotka on järjestetty panssaroidulle sähköteräsytimelle, ja osa pienjännitekäämeistä syötetään rinnakkain (jaettu käämimuuntaja).

Tämä on hyödyllistä useilta generaattoreilta samanaikaisesti saadun jännitteen lisäämiseksi. Pääsääntöisesti tehomuuntaja sijoitetaan säiliöön, jossa on muuntajaöljyä, ja erityisen voimakkaiden näytteiden tapauksessa lisätään aktiivinen jäähdytysjärjestelmä.

Sähköasemille ja voimalaitoksille asennetaan kolmivaiheisia tehomuuntajia, joiden teho on jopa 4000 kVA. Kolmivaiheiset ovat yleisempiä, sillä häviöitä saadaan jopa 15 % vähemmän kuin kolmella yksivaiheisella.

Verkkomuuntaja

1980- ja 1990-luvuilla linjamuuntajia löytyi lähes kaikista sähkölaitteista. Verkkomuuntajan (yleensä yksivaiheisen) avulla 220 voltin kotitalousverkon jännite 50 Hz:n taajuudella alennetaan sähkölaitteen vaatimalle tasolle, esimerkiksi 5, 12, 24 tai 48 volttia.

Linjamuuntajat valmistetaan usein useilla toisiokäämeillä, jotta useita jännitelähteitä voidaan käyttää piirin eri osien tehostamiseen. Erityisesti TN-muuntajia (hehkumuuntaja) voi aina (ja edelleen) löytää piireistä, joissa on radioputkia.

Nykyaikaiset linjamuuntajat on rakennettu W-muotoisille, sauvan muotoisille tai toroidisille ytimille, jotka on koostettu sähköteräslevyistä, joihin kelat on kierretty. Magneettipiirin toroidinen muoto mahdollistaa kompaktimman muuntajan saamisen.

Jos vertaamme muuntajia, joilla on sama toroidisten ja W-muotoisten ytimien kokonaisteho, toroidi vie vähemmän tilaa, lisäksi toroidisen magneettipiirin pinta on kokonaan käämien peitossa, tyhjää ikettä ei ole, kuten kotelo panssaroiduilla W-muotoisilla tai sauvamaisilla ytimillä. Sähköverkkoon kuuluu erityisesti hitsausmuuntajia, joiden teho on enintään 6 kW. Verkkomuuntajat luokitellaan tietysti matalataajuisiksi muuntajiksi.

Automaattinen muuntaja

Yksi matalataajuisten muuntajien tyyppi on automuuntaja, jossa toisiokäämi on osa ensiökäämiä tai ensiökäämi on osa toisiokäämitystä. Eli automuuntajassa käämit on kytketty paitsi magneettisesti, myös sähköisesti. Yhdestä kelasta valmistetaan useita johtoja, joiden avulla voit saada eri jännitteitä yhdestä kelasta.

Automaattimuuntajan tärkein etu on alhaisempi hinta, koska käämeissä käytetään vähemmän lankaa, vähemmän terästä ytimeen ja seurauksena on pienempi paino kuin tavanomaisella muuntajalla.Haittapuolena on käämien galvaanisen eristyksen puute.

Automaattisia muuntajia käytetään automaattisissa ohjauslaitteissa ja niitä käytetään laajalti myös suurjännitesähköverkoissa. Kolmivaiheisilla automaattimuuntajilla, joissa on kolmio- tai tähtiliitäntä sähköverkoissa, on nykyään suuri kysyntä.

Automaattisia tehomuuntajia on saatavana jopa satojen megawattien teholla. Automaattisia muuntajia käytetään myös tehokkaiden AC-moottoreiden käynnistämiseen. Automaattiset muuntajat ovat erityisen hyödyllisiä alhaisissa muunnossuhteissa.

Laboratorioautomuuntaja

Autotransformerin erikoistapaus on laboratorioautomuuntaja (LATR). Sen avulla voit säätää käyttäjälle syötettyä jännitettä sujuvasti. LATR-muotoilu on toroidaalinen muuntaja yhdellä käämityksellä, jossa on eristämätön "rata" käännöksestä käännökseen, eli on mahdollista yhdistää jokaiseen käämin kierrokseen. Telakosketus saadaan aikaan liukuvalla hiiliharjalla, jota ohjataan kiertonupin avulla.

Joten voit saada tehollisen jännitteen eri suuruisilla kuormalla. Tyypillisten yksivaiheisten taajuusmuuttajien avulla voit hyväksyä jännitteet välillä 0 - 250 volttia ja kolmivaiheiset - 0 - 450 volttia. LATR:t, joiden teho on 0,5 - 10 kW, ovat erittäin suosittuja laboratorioissa sähkölaitteiden virittämiseen.

Virtamuuntaja

Virtamuuntaja kutsutaan muuntajaksi, jonka ensiökäämi on kytketty virtalähteeseen ja toisiokäämi suoja- tai mittauslaitteisiin, joilla on pieni sisäinen vastus. Yleisin virtamuuntajatyyppi on instrumenttivirtamuuntaja.

Virtamuuntajan ensiökäämi (yleensä vain yksi kierros, yksi johdin) on kytketty sarjaan piirissä, jossa vaihtovirtaa halutaan mitata. Osoittautuu, että toisiokäämin virta on verrannollinen ensiökäämin virtaan, kun taas toisiokäämi on välttämättä kuormitettu, koska muuten toisiokäämin jännite voi olla tarpeeksi korkea rikkomaan eristyksen. Lisäksi, jos CT:n toisiokäämi avautuu, magneettipiiri yksinkertaisesti palaa loppuun indusoituneista kompensoimattomista virroista.

Virtamuuntajan rakenne on laminoidusta piikylmävalssatusta sähköteräksestä valmistettu sydän, johon on kierretty yksi tai useampi eristetty toisiokäämi. Ensiökäämi on usein yksinkertaisesti virtakisko tai lanka, jonka mitattu virta kulkee magneettipiirin ikkunan läpi (muuten, tätä periaatetta käyttävät puristin mittari).Virtamuuntajan pääominaisuus on muunnossuhde, esim. 100/5 A.

Virtamuuntajia käytetään laajalti virranmittauksiin ja releen suojapiireissä. Ne ovat turvallisia, koska mitattu ja toisiopiiri on galvaanisesti eristetty toisistaan. Tyypillisesti teollisuusvirtamuuntajat valmistetaan kahdella tai useammalla toisiokäämien ryhmällä, joista toinen on kytketty suojalaitteisiin, toinen mittauslaitteeseen, kuten mittariin.

Pulssimuuntaja

Lähes kaikissa nykyaikaisissa verkkovirtalähteissä, erilaisissa inverttereissä, hitsauskoneissa ja muissa teho- ja pienitehoisissa sähkömuuntimissa käytetään pulssimuuntajia.Nykyään pulssipiirit ovat lähes kokonaan korvanneet raskaat matalataajuiset muuntajat laminoiduilla teräsytimillä.

Tyypillinen pulssimuuntaja on ferriittisydänmuuntaja. Ytimen muoto (magneettinen piiri) voi olla täysin erilainen: rengas, sauva, kuppi, W-muotoinen, U-muotoinen. Ferriittien etu muuntajateräkseen verrattuna on ilmeinen – ferriittipohjaiset muuntajat voivat toimia jopa 500 kHz:n tai suuremmilla taajuuksilla.

Koska pulssimuuntaja on suurtaajuusmuuntaja, sen mitat pienenevät merkittävästi taajuuden kasvaessa. Käämityksiin tarvitaan vähemmän lankaa ja kenttävirta riittää suurtaajuisen virran saamiseksi ensiösilmukaan, IGBT tai bipolaarinen transistori, joskus useita pulssisyöttöpiirin topologiasta riippuen (eteenpäin - 1, push-pull - 2, puolisilta - 2, silta - 4).

Ollakseni rehellinen, huomaamme, että jos käytetään käänteistä virtalähdepiiriä, muuntaja on pohjimmiltaan kaksoiskuristin, koska sähkön kertymis- ja vapautumisprosessit toisiopiirissä erotetaan ajallisesti, eli ne eivät etene. Flyback-ohjauspiirin kanssa se on siis samanaikaisesti kuristin, mutta ei muuntaja.

Pulssipiirejä muuntajilla ja ferriittikuristimilla löytyy nykyään kaikkialta energiansäästölamppujen liitäntälaitteista ja erilaisten laitteiden latureista hitsauskoneisiin ja tehokkaisiin invertteriin.

Pulssivirtamuuntaja

Virran suuruuden ja (tai) suunnan mittaamiseen impulssipiireissä käytetään usein impulssivirtamuuntajia, jotka ovat ferriittisydämiä, usein renkaan muotoisia (toroidisia), yhdellä käämityksellä.Sydämen renkaan läpi johdetaan lanka, jonka virtaa tarkastellaan, ja itse kela kuormitetaan vastukseen.

Esimerkiksi renkaassa on 1000 kierrosta lankaa, niin ensiö- (kierrelangan) ja toisiokäämin virtojen suhde on 1000:1. Jos renkaan käämitys kuormitetaan tunnetun arvon vastuksella, silloin sen yli mitattu jännite on verrannollinen kelan virtaan, mikä tarkoittaa, että mitattu virta on 1000 kertaa tämän vastuksen läpi kulkeva virta.

Teollisuus tuottaa impulssivirtamuuntajia erilaisilla muunnossuhteilla. Suunnittelijan tarvitsee vain liittää vastus ja mittauspiiri tällaiseen muuntajaan. Jos haluat tietää virran suunnan, ei sen suuruutta, virtamuuntajan käämi yksinkertaisesti ladataan kahdella vastakkaisella zener-diodilla.

Viestintä sähkökoneiden ja muuntajien välillä

Sähkömuuntajat sisältyvät aina oppilaitosten kaikilla sähkötekniikan erikoisaloilla opiskeleville sähkökonekurssille. Pohjimmiltaan sähkömuuntaja ei ole sähkökone, vaan sähkölaite, koska siinä ei ole liikkuvia osia, joiden olemassaolo on tyypillinen piirre mille tahansa koneelle mekanismityyppinä. Tästä syystä mainitut kurssit, Väärinkäsitysten välttämiseksi niitä tulisi kutsua "sähkökoneiden ja sähkömuuntajien kursseiksi".

Muuntajien sisällyttäminen kaikkiin sähkökonekursseihin johtuu kahdesta syystä.Yksi on historiallista alkuperää: samat tehtaat, jotka rakensivat vaihtovirtasähkökoneita, rakensivat myös muuntajia, koska pelkkä muuntajien läsnäolo antoi AC-koneille etulyöntiaseman tasavirtakoneisiin verrattuna, mikä johti lopulta niiden valta-asemaan alalla. Ja nyt on mahdotonta kuvitella suurta AC-asennusta ilman muuntajia.

Vaihtovirtakoneiden ja muuntajien tuotannon kehittyessä tuli kuitenkin välttämättömäksi keskittää muuntajien tuotanto erityisiin muuntajatehtaisiin. Tosiasia on, että johtuen mahdollisuudesta siirtää vaihtovirtaa muuntajia käyttämällä pitkiä matkoja, muuntajien korkeamman jännitteen nousu oli paljon nopeampaa kuin vaihtovirtasähkökoneiden jännitteen nousu.

Vaihtovirtasähkökoneiden nykyisessä kehitysvaiheessa niiden korkein järkevä jännite on 36 kV. Samanaikaisesti toteutettujen sähkömuuntajien korkein jännite saavutti 1150 kV. Tällaiset korkeat muuntajajännitteet ja niiden toiminta salaman vaikutukselle altistuneilla ilmajohdoilla ovat johtaneet hyvin erityisiin muuntajaongelmiin, jotka ovat vieraita sähkökoneille.

Tämä johti sähkötekniikan teknisistä ongelmista niin erilaisten teknisten ongelmien tuotantoon, että muuntajien erottaminen itsenäiseksi tuotannoksi tuli väistämätöntä. Näin ollen ensimmäinen syy – teollisuusyhteys, joka teki muuntajat lähelle sähkökoneita – katosi.

Toinen syy on luonteeltaan perustavanlaatuinen ja koostuu siitä, että käytännössä käytettävät sähkömuuntajat, kuten myös sähkökoneet, perustuvat sähkömagneettisen induktion periaate (Faradayn laki), — on edelleen horjumaton side heidän välillään. Samaan aikaan monien vaihtovirtakoneissa esiintyvien ilmiöiden ymmärtämiseksi on ehdottomasti tiedettävä muuntajissa tapahtuvat fysikaaliset prosessit, ja lisäksi teoria suuresta vaihtovirtakoneiden joukosta voidaan pelkistää vaihtovirtakoneiden teoriaksi. muuntajia, mikä helpottaa niiden teoreettista tarkastelua.

Siksi vaihtovirtakoneiden teoriassa muuntajien teorialla on vahva paikka, josta ei kuitenkaan seuraa, että muuntajia voitaisiin kutsua sähkökoneiksi. Lisäksi on syytä muistaa, että muuntajilla on erilainen tavoitteen asettaminen ja energian muunnosprosessi kuin sähkökoneilla.

Sähkökoneen tarkoituksena on muuttaa mekaaninen energia sähköenergiaksi (generaattori) tai päinvastoin sähköenergia mekaaniseksi energiaksi (moottori), kun taas muuntajassa on kyse vaihtovirtasähkön muuntamisesta vaihtovirtasähköenergiaksi. nykyinen sähköenergia. erilaista virtaa.