Kas yra galios transformatorius ir kaip jis veikia?

Kai kuriuose ankstesniuose straipsniuose aptarėme transformatoriaus pagrindus ir skirtingus jo tipus. Vienas iš svarbių ir dažniausiai naudojamų transformatorių yra maitinimo transformatorius. Jis yra labai plačiai naudojamas įtampos padidinimui ir sumažinimui elektros energijos gamybos stotyje ir paskirstymo stotyje (arba pastotėje).

Pavyzdžiui, apsvarstykite aukščiau pateiktą blokinę diagramą. Čia galios transformatorius naudojamas du kartus tiekiant elektros energiją vartotojui, kuris yra toli nuo generatoriaus.

Pirmą kartą elektros energijos stotyje padidinama vėjo generatoriaus sukurta įtampa.
Antra, paskirstymo stotyje (arba pastotėje) reikia sumažinti įtampą, gaunamą perdavimo linijos gale.

Galios praradimas perdavimo linijose

Galios transformatoriaus naudojimas elektros energijos sistemose yra daugybė priežasčių. Tačiau viena iš svarbiausių ir paprasčiausių galios transformatoriaus naudojimo priežasčių yra sumažinti elektros energijos nuostolius perduodant elektrą.

Dabar pažiūrėkime, kaip žymiai sumažėja energijos praradimas naudojant maitinimo transformatorių:

Pirma, galios nuostolių P = I * I * R lygtis.

Čia I = srovė per laidininką ir R = laidininko varža.

Taigi, galios nuostoliai yra tiesiogiai proporcingi laidininku arba perdavimo linija tekančios srovės kvadratui. Taigi sumažinkite srovės, einančios per laidininką, dydį, kad sumažėtų galios nuostoliai.

Kaip mes pasinaudosime šia teorija, paaiškinta toliau:

Pasakykite, kad pradinė įtampa = 100 V, o apkrova yra = 5A ir tiekiama energija = 500 vatų. Tada perdavimo linijos čia turi nešti 5A dydžio srovę nuo šaltinio iki apkrovos. Bet jei pradiniame etape padidinsime įtampą iki 1000 V, tada perdavimo linijos turi turėti tik 0,5 A, kad užtikrintų tą pačią 500 W galią.
Taigi, naudodami maitinimo transformatorių, padidinsime įtampą perdavimo linijos pradžioje ir naudosime kitą galios transformatorių, kad sumažintume įtampą perdavimo linijos gale.
Pasirinkus šią sąranką, srovės srautas per 100 + kilometrų perdavimo liniją labai sumažėja, todėl sumažėja galios nuostoliai perdavimo metu.

Skirtumas tarp maitinimo transformatoriaus ir paskirstymo transformatoriaus

Galios transformatorius paprastai naudojamas visu apkrovimu, nes jis suprojektuotas taip, kad jo našumas būtų 100%. Kita vertus, paskirstymo transformatorius pasižymi dideliu efektyvumu, kai apkrova išlieka nuo 50% iki 70%. Taigi, paskirstymo transformatoriai nėra tinkami nuolat veikti esant 100% apkrovai.
Kadangi galios transformatorius padidina ir nuleidžia žemą įtampą, apvijos turi aukštą izoliaciją, palyginti su paskirstymo transformatoriais ir prietaisų transformatoriais.
Kadangi jie naudoja aukšto lygio izoliaciją, jie yra labai didelių gabaritų ir taip pat labai sunkūs.
Kadangi maitinimo transformatoriai paprastai nėra tiesiogiai prijungti prie namų, jie patiria mažiau apkrovos svyravimų, o kita vertus, paskirstymo transformatoriai patiria didelius apkrovos svyravimus.
Jie visiškai pakraunami 24 valandas per parą, todėl vario ir geležies nuostoliai vyksta visą dieną ir jie išlieka beveik vienodi visą laiką.
Srauto tankis galios transformatoriuje yra didesnis nei paskirstymo transformatorius.

Galios transformatoriaus darbo principas

Galios transformatorius veikia „Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnio“ principu. Tai yra pagrindinis elektromagnetizmo dėsnis, kuris paaiškina induktorių, variklių, generatorių ir elektros transformatorių veikimo principą.

Įstatyme sakoma: „ Kai uždaro ar trumpo laido atstovas priartėja prie kintančio magnetinio lauko, tada toje uždaroje grandinėje susidaro srovės srautas“ .

Norėdami geriau suprasti įstatymą, aptarkime jį išsamiau. Pirmiausia apsvarstykime toliau pateiktą scenarijų.

Apsvarstykite nuolatinį magnetą, o laidininkas pirmiausia priartėja vienas prie kito.

Tada laidininkas abiem galais trumpai sujungiamas, naudojant laidą, kaip parodyta paveikslėlyje.
Tokiu atveju laidininke ar kilpoje nebus srovės srauto, nes magnetinis laukas, kertantis kilpą, yra stacionarus ir, kaip minėta įstatyme, tik kintantis ar besikeičiantis magnetinis laukas gali priversti srovę kilpoje.
Taigi pirmuoju nejudančio magnetinio lauko atveju laidininko kilpoje bus nulis srautas.

tada magnetinis laukas, kertantis kilpą, nuolat keičiasi. Kadangi šiuo atveju yra įvairus magnetinis laukas, Faradėjaus dėsniai suveiks, todėl laidininko kilpoje galime pamatyti srovės srautą.

Kaip matote paveikslėlyje, po to, kai magnetas juda pirmyn ir atgal, mes galime pamatyti srovę „I“, tekančią per laidininką ir uždarą kontūrą.

pakeisti jį kitais įvairiais magnetinio lauko šaltiniais, tokiais kaip žemiau.

Dabar kintamos įtampos šaltinis ir laidininkas naudojami kintamam magnetiniam laukui generuoti.
Po to, kai laidininko kilpa priartės prie magnetinio lauko diapazono, mes galime pamatyti EMF, generuojamą per laidininką. Dėl šio sukelto EMF turėsime srovę „aš“.
Sukeltos įtampos dydis yra proporcingas lauko stiprumui, kurį patiria antroji kilpa, todėl kuo didesnis magnetinio lauko stipris, tuo didesnis srovės srautas uždaroje grandinėje.

Nors Faradėjaus dėsniui suprasti yra įmanoma naudoti vieną dirigentą. Geresniam praktiniam naudojimui pageidautina naudoti ritę iš abiejų pusių.

Čia per pirminę ritę1 teka kintamoji srovė, kuri aplink laidininkų ritinius sukuria kintantį magnetinį lauką. Kai ritė2 patenka į ritės1 generuojamo magnetinio lauko diapazoną, dėl ritinio2 susidaro EMF įtampa dėl Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnio. Dėl šios įtampos ritėje2 antrine uždara grandine teka srovė „I“.

Dabar turite atsiminti, kad abi ritės yra pakabintos ore, todėl magnetinio lauko laidumo terpė yra oras. Magnetinio lauko laidumo atveju oras turi didesnį atsparumą, palyginti su metalais, taigi, jei mes naudojame metalo arba ferito šerdį, kad veiktų kaip terpė elektromagnetiniam laukui, tada elektromagnetinę indukciją galime patirti nuodugniau.

Taigi dabar pakeiskime oro terpę geležine terpe, kad galėtume geriau suprasti.

Kaip parodyta paveikslėlyje, mes galime naudoti geležies arba ferito šerdį, kad sumažintume magnetinio srauto nuostolius perduodant energiją iš vienos ritės į kitą. Per šį laiką į atmosferą patekęs magnetinis srautas bus žymiai mažesnis nei laikas, kurį mes naudojome oro terpę, nes šerdis yra labai geras magnetinio lauko laidininkas.

Kai ritė1 sugeneruos lauką, ji tekės per geležies šerdį, pasiekiančią ritę2, o dėl įprastų dėsnių ritė2 sukuria EMF, kurią nuskaitys galvanometras, sujungtas per ritę2.

Dabar, jei atidžiai stebėsite, ši sąranka bus panaši į vienfazį transformatorių. Ir taip, kiekvienas šiandien esantis transformatorius veikia tuo pačiu principu.

Dabar pažvelkime į supaprastintą trifazio transformatoriaus konstrukciją.

Trifazis transformatorius

Transformatoriaus karkasas sukurtas klijuojant laminuotus metalinius lakštus, kurie naudojami magnetiniam srautui nešti. Diagramoje matote, kad griaučiai yra nudažyti pilka spalva. Skeletas turi tris kolonas, ant kurių vyniojamos trijų fazių apvijos.
Žemesnės įtampos apvija pirmiausia suvyniojama ir suvyniojama arčiau šerdies, o aukštesnės įtampos apvija yra ant žemesnės įtampos apvijos. Nepamirškite, kad abi apvijos yra atskirtos izoliacijos sluoksniu.
Čia kiekvienas stulpelis reiškia vieną fazę, taigi trims stulpeliams turime trijų fazių apviją.
Visa ši karkaso ir apvijos sąranka yra panardinta į sandarų baką, pripildytą pramoninės alyvos, kad būtų užtikrintas geresnis šilumos laidumas ir izoliacija.
Po apvijos visų šešių ritinių galiniai gnybtai iš HV sandariklio buvo išnešti iš sandaraus bako.
Kad išvengtumėte kibirkščių kibirkščių, gnybtai yra pritvirtinti tinkamu atstumu vienas nuo kito.

Galios transformatoriaus ypatybės

Vardinė galia	3 MVA iki 200 MVA
Paprastai pirminės įtampos	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Paprastai antrinės įtampos	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV arba pagal užsakymą
Fazės	Vienfaziai arba trifaziai transformatoriai
Nominalus dažnis	50 arba 60 Hz
Bakstelėjimas	Krovinio keitikliai su apkrova arba be apkrovos
Temperatūros kilimas	60 / 65C arba pagal užsakymą
Aušinimo tipas	ONAN (natūralus natūralaus aliejaus aliejus) arba kitos rūšies aušinimas, pvz., KNAN (maks. 33kV) pagal pageidavimą
Radiatoriai	Cisternoje sumontuotos aušinimo radiatorių plokštės
Vektorių grupės	„Dyn11“ ar bet kuri kita vektorių grupė pagal IEC 60076
Įtampos reguliavimas	Per apkrovos čiaupo keitiklį (su AVR relė standartiškai)
HV ir LV terminalai	Oro kabelių dėžutės tipas (maks. 33 kV) arba atviros įvorės
Diegimai	Viduje arba lauke
Garso lygis	Pagal ENATS 35 arba NEMA TR1

Galios perdavimo programos

Galios transformatorius daugiausia naudojamas elektros energijos gamybai ir paskirstymo stotyse.
Jis taip pat naudojamas izoliacijos transformatoriuose, įžeminimo transformatoriuose, šešių impulsų ir dvylikoje impulsinių lygintuvų transformatoriuose, saulės elektrinių elektrinių transformatoriuose, vėjo jėgainių transformatoriuose ir autotransformatorių starteriuose „Korndörfer“.
Jis naudojamas elektros energijos nuostoliams sumažinti perduodant elektrą.
Jis naudojamas aukštai įtampai ir aukštai įtampai sumažinti.
Tai pirmenybė teikiama tolimųjų vartotojų atvejais.
Ir pageidautina tais atvejais, kai apkrova veikia visu pajėgumu 24x7.