Muuntaja

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 5.1.2021 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 41 muokkausta .

Sähkömuuntaja , puhekielessä useammin pelkkä muuntaja ( lat. transformare - "muuntaa, muuntaa") - staattinen sähkömagneettinen laite, jossa on kaksi tai useampia induktiivisesti kytkettyjä käämiä magneettipiirissä ja joka on suunniteltu muuntamaan yksi tai useampi järjestelmä (jännite ) sähkömagneettisen induktion avulla ) vaihtovirta yhteen tai useampaan muuhun järjestelmään (jännitteeseen) taajuutta muuttamatta [1] [2] .

Muuntaja suorittaa AC-jännitteen muunnoksen ja/tai galvaanisen eristyksen monenlaisissa sovelluksissa - sähkö- , elektroniikka- ja radiotekniikassa .

Rakenteellisesti muuntaja voi koostua yhdestä ( automuuntaja ) tai useista eristetyistä johdin- tai nauhakäämeistä (käämeistä), jotka on peitetty yhteisellä magneettivuolla ja jotka on yleensä kierretty ferromagneettisesta pehmeästä magneettisesta materiaalista valmistettuun magneettipiiriin (ytimeen) .

Historia

Muuntajien luomiseksi oli tarpeen tutkia materiaalien ominaisuuksia: ei-metallisia, metallisia ja magneettisia, luoda niiden teoria [3] .

Vuonna 1831 englantilainen fyysikko Michael Faraday löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön , joka on sähkömuuntajan toiminnan taustalla, samalla kun hän suoritti perustutkimusta sähkön alalla. 29. elokuuta 1831 Faraday kuvaili päiväkirjassaan kokeen, jossa hän kietoi kaksi 15 ja 18 cm pituista kuparilankaa halkaisijaltaan 15 cm ja 2 cm paksuiseen rautarenkaaseen. liittimet, galvanometri muiden käämien liittimissä. Koska Faraday työskenteli tasavirralla, kun sen maksimiarvo saavutettiin ensiökäämissä, toisiokäämin virta katosi, ja muunnosvaikutuksen jatkamiseksi oli tarpeen irrottaa akku ja kytkeä se takaisin ensiökäämiin.

Kaavamainen esitys tulevasta muuntajasta ilmestyi ensimmäisen kerran vuonna 1831 M. Faradayn ja D. Henryn teoksissa . Kumpikaan ei kuitenkaan havainnut laitteessaan sellaista muuntajan ominaisuutta kuin jännitteiden ja virtojen muutos, eli vaihtovirran muunnos [4] .

Vuonna 1848 saksalainen mekaanikko G. Rumkorf keksi erityisesti suunnitellun induktiokelan . Hän oli muuntajan prototyyppi [3] .

Aleksanteri Grigorjevitš Stoletov (Moskovan yliopiston professori) otti ensimmäiset askeleet tähän suuntaan. Hän löysi hystereesisilmukan ja ferromagneetin aluerakenteen (1872).

30. marraskuuta 1876 , jolloin Pavel Nikolaevich Yablochkov [5] sai patentin , pidetään ensimmäisen vaihtovirtamuuntajan syntymäpäivänä. Se oli muuntaja, jossa oli avoin ydin, joka oli sauva, johon käämit kiedottiin.

Ensimmäiset suljetut muuntajat loivat Englannissa vuonna 1884 veljesten John ja Edward Hopkinsonin toimesta [4] .

Vuonna 1885 Ganz & Co:n unkarilaiset insinöörit Otto Blaty, Karoly Zypernowski ja Miksha Deri keksivät suljetun piirin muuntajan, jolla oli tärkeä rooli muuntajasuunnittelun jatkokehityksessä.

Hopkinsonin veljekset kehittivät sähkömagneettisten piirien teorian [3] . Vuonna 1886 he oppivat laskemaan magneettipiirejä.

Edisonin työntekijä Upton ehdotti, että ytimet tehdään pinoissa erillisistä arkeista pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi .

Tärkeä rooli muuntajien luotettavuuden parantamisessa oli öljyjäähdytyksen käyttöönotolla (1880-luvun lopulla, D. Swinburne). Swinburn asetti muuntajat keraamisiin öljyllä täytettyihin astioihin , mikä lisäsi merkittävästi käämin eristyksen luotettavuutta [6] .

Muuntajan keksimisen myötä vaihtovirtaa kohtaan oli tekninen kiinnostus. Venäläinen sähköinsinööri Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky ehdotti vuonna 1889 kolmivaiheista vaihtovirtajärjestelmää, jossa on kolme johdinta (kolmivaiheisen vaihtovirtajärjestelmän, jossa on kuusi johdinta, keksi Nikola Tesla , US-patentti nro , rakensi ensimmäisen kolmivaiheisen asynkroninen moottori, jossa on oravahäkkikäämitys ja kolmivaiheinen käämi roottorissa (Nikola Teslan keksimä kolmivaiheinen asynkroninen moottori, US-patentti nro. magneettipiirin kolme sauvaa sijaitsevat samassa tasossa. Frankfurt am Mainin sähkönäyttelyssä vuonna 1891 Dolivo-Dobrovolsky esitteli kokeellista kolmivaiheista suurjännitevoimansiirtoa, jonka pituus oli 175 km. Kolmivaihegeneraattorin teho oli 230 kW jännitteellä 95 kV.

Vuotta 1928 voidaan pitää tehomuuntajien tuotannon alkamisena Neuvostoliitossa , jolloin Moskovan muuntajatehdas (myöhemmin Moskovan sähkötehdas ) aloitti toimintansa [7] .

1900-luvun alussa englantilainen metallurgitutkija Robert Hadfield suoritti sarjan kokeita lisäaineiden vaikutuksen määrittämiseksi raudan ominaisuuksiin. Vain muutamaa vuotta myöhemmin hän onnistui toimittamaan asiakkaille ensimmäisen tonnin muuntajaterästä, jossa oli piilisäaineita [8] .

Seuraava suuri harppaus ydinteknologiassa tehtiin 1930-luvun alussa, kun amerikkalainen metallurgi Norman P. Gross havaitsi, että valssauksen ja kuumennuksen yhteisvaikutuksen seurauksena piiteräksellä oli parantuneet magneettiset ominaisuudet valssaussuunnassa: magneettinen kylläisyys kasvoi 50 :llä. % , hystereesihäviöt pienenivät 4 kertaa ja magneettinen permeabiliteetti kasvoi 5 kertaa [8] .

Toimintaperiaatteet

Muuntajan toiminta perustuu kahteen perusperiaatteeseen:

Ajassa muuttuva sähkövirta luo ajassa muuttuvan magneettikentän ( sähkömagnetismi ).
Muutos käämin läpi kulkevassa magneettivuossa luo EMF :n kyseiseen käämiin ( sähkömagneettinen induktio ).

Yksi käämeistä, jota kutsutaan ensiökäämiksi , saa jännitteen ulkoisesta lähteestä. Ensiökäämin läpi kulkeva vaihtomagnetointivirta luo magneettipiiriin vaihtomagneettivuon . Sähkömagneettisen induktion seurauksena magneettipiirissä oleva vaihtuva magneettivuo luo kaikissa käämeissä, mukaan lukien ensiö, induktion EMF :n, joka on verrannollinen magneettivuon ensimmäiseen derivaatta , sinivirran ollessa siirtynyt 90 ° vastakkaiseen suuntaan magneettivuon suhteen.

Joissakin korkeilla tai ultrakorkeilla taajuuksilla toimivissa muuntajissa magneettipiiri saattaa puuttua.

Toisiokäämin jännitteen muoto liittyy melko monimutkaisesti ensiökäämin jännitteen muotoon. Tämän monimutkaisuuden vuoksi oli mahdollista luoda useita erityisiä muuntajia, jotka voivat toimia virtavahvistimina, taajuuskertojana, signaaligeneraattoreina jne.

Poikkeuksena on tehomuuntaja . P. Yablochkovin ehdottaman klassisen AC-muuntajan tapauksessa se muuntaa sisääntulojännitteen siniaallon samaksi sinimuotoiseksi jännitteeksi toisiokäämin lähdössä.

Faradayn laki

Toisiokäämissä syntyvä EMF voidaan laskea Faradayn laista, joka sanoo:

U_{2}=-N_{2}{\frac {d\Phi }{dt}}~,

missä:

U_{2}

- toisiokäämin jännite;

N_2

- toisiokäämin kierrosten lukumäärä;

\Phi

- kokonaismagneettivuo käämin yhden kierroksen läpi.

Jos käämin kierrokset ovat kohtisuorassa magneettikentän linjoihin nähden, vuo on verrannollinen magneettikenttään ja alueeseen , jonka läpi se kulkee. $B$ $S$

Ensiökäämiin luotu emf on vastaavasti yhtä suuri:

U_{1}=-N_{1}{\frac {d\Phi }{dt}}~,

missä:

U_{1}

- hetkellinen jännitearvo ensiökäämin päissä;

N_1

on ensiökäämin kierrosten lukumäärä.

Jakamalla yhtälön arvolla , saadaan suhde [9] : $U_{2}$ $U_{1}$

{\frac {U_{2}}{U_{1}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}~.

Ihanteelliset muuntajayhtälöt

Ihanteellinen muuntaja on muuntaja, jolla ei ole hystereesistä, pyörrevirroista ja käämien vuotovirroista johtuvia energiahäviöitä [10] . Ihanteellisessa muuntajassa kaikki voimalinjat kulkevat molempien käämien kaikkien kierrosten läpi, ja koska muuttuva magneettikenttä synnyttää jokaisessa kierrossa saman EMF:n, käämiin indusoitunut kokonais-EMF on verrannollinen sen kierrosten kokonaismäärään. Tällainen muuntaja muuntaa kaiken ensiöpiiristä tulevan energian magneettikenttään ja sitten toisiopiirin energiaksi. Tässä tapauksessa tuleva energia on yhtä suuri kuin muunnettu energia:

P_{1}=I_{1}\cdot U_{1}=P_{2}=I_{2}\cdot U_{2}~,

missä:

P_1

- muuntajalle syötetyn tehon hetkellinen arvo, joka esiintyy ensiöpiirissä;

P_2

- toisiopiiriin tulevan muuntajan muuntaman tehon hetkellinen arvo.

Yhdistämällä tämä yhtälö käämien päiden jännitteiden suhteeseen, saamme yhtälön ihanteelliselle muuntajalle:

{\frac {U_{2}}{U_{1}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}={\frac {I_{1}}{I_{2 }}}=n~,

[yksitoista]

missä on muunnossuhde . $n$

Näin ollen, kun jännite kasvaa toisiokäämin päissä, toisiopiirin virta pienenee . $U_{2}$ $minä_{2}$

Muuntaaksesi yhden piirin resistanssin toisen resistanssiksi, sinun on kerrottava arvo suhteen neliöllä [12] . Esimerkiksi jos vastus on kytketty toisiokäämin päihin, sen alennettu arvo ensiöpiirille on . Tämä sääntö koskee myös ensiöpiiriä: $Z_{2}$ $Z'_{2}=Z_{2}\!\left(\!{\tfrac {N_{1}}{N_{2}}}\!\right)^{2}$ $Z'_{1}=Z_{1}\!\left(\!{\tfrac {N_{2}}{N_{1}}}\!\right)^{2}~,$

Muodollisesti ihanteellinen muuntaja on kuvattu nelinapaisella mallilla .

Todellinen muuntajamalli

Yksinkertaisuuden vuoksi ideaalimuuntajan malli ei ota huomioon joitain ilmiöitä, joita havaitaan käytännössä ja joita ei aina voida jättää huomiotta:

Nollasta poikkeavan tyhjäkäyntivirran olemassaolo

Yleisessä tapauksessa magnetosähköisessä järjestelmässä, joka on myös todellinen muuntaja, magneettikentän voimakkuusvektorin kierto piiriä pitkin on yhtä suuri kuin piirin sisällä oleva kokonaisvirta. $L$

Matemaattisesti tätä ilmiötä kuvataan kokonaisvirtayhtälön avulla . SI -järjestelmässä se näyttää tältä:

\oint {\vec {H}}\cdot d{\vec {l}}=\int {\vec {j}}\cdot d{\vec {s}}+{\frac {\partial } {\partial t}}\int {\vec {D}}\cdot d{\vec {s}}~,

missä:

{\vec {H}}

on magneettikentän voimakkuusvektori, [A/m];

d{\vec {l}}

— integrointiääriviivan perusleikkaus (vektoriarvo), [m];

\int {\vec j}\cdot d{\vec {s}}

on integrointipiirin kattama kokonaisvirta;

{\frac {\partial }{\partial t))\int {\vec {D))\cdot d{\vec {s))

- muuntajassa syntyvät transienttivirrat.

Kuorman alaisena toimivaan kaksikäämimuuntajaan sovellettaessa kokonaisvirtalaki voidaan kirjoittaa yksinkertaistetussa muodossa seuraavasti:

H\cdot L=I_{1}\cdot W_{1}+I_{2}\cdot W_{2}~,

missä:

H

- magneettikentän voimakkuus magneettipiirissä (oletetaan olevan vakio);

L

- magneettipiirin keskilinjan pituus;

I_{1}\cdot W_{1}

- ensiökäämin magnetomotorinen voima (jäljempänä MMF);

I_{2}\cdot W_{2}

- Toisiokäämin MDS;

minä_{1}, minä_{2}

- käämien läpi kulkevat virrat;

W_{1}, W_{2}

on käämien kierrosten lukumäärä.

Tyhjäkäynnille eli milloin saamme , mistä ja sitten milloin saamme ihanteellisen virtamuuntajan suhteen: $I_{2}=0$ $H\cdot L=I_{1}\cdot W_{1}$ ${\displaystyle \textstyle I_{xx}={\frac {H\cdot L}{W_{1))))$ ${\displaystyle \textstyle I_{xx}=I_{1}+{\frac {I_{2}\cdot W_{2}}{W_{1))))$ $I_{{xx}}=0$ ${\frac {I_{1}}{I_{2}}}=-{\frac {W_{2}}{W_{1}}}~.$

Joissakin tapauksissa tyhjäkäyntivirran huomioon ottaminen on pakollista:

Jännitteen alaisen muuntajan kytkeminen päälle. Tässä tapauksessa muuntajan ensiökäämissä havaitaan lyhytaikaisia virranpurkauksia, jotka saavuttavat arvon (huipulla) useita kertoja suuremman kuin nimellinen ensiövirta. Huippujen korkeus riippuu kuormituksesta, päällekytkentähetkestä (suurin arvo kuormittamattoman muuntajan ollessa päällä, sillä hetkellä, kun verkkojännitteen hetkellinen arvo on nolla), tehosta ja muuntajan rakenteellisista parametreista. . Ensiövirran ylijänniteilmiö otetaan huomioon laskettaessa muuntajan virtasuojaa, valittaessa kytkentälaitteita, syöttölinjoja ja niin edelleen.
Tyhjävirran olemassaolo johtaa siihen, että ensiö- ja toisiokäämien virrat eivät siirry suhteessa toisiinsa 180 °. Keskinäisen siirtymän todellisen ja ideaalisen kulman välistä eroa kutsutaan "virhekulmaksi" . Lisäksi suhde virtojen modulo ei ole . Virtojen todellisen suhteen ja ihanteellisen suhteen välistä eroa kutsutaan "suuruusvirheeksi". Virtamuuntajien valmistuksessa (erityisesti sähkönmittauspiireissä) otetaan huomioon kulman ja suuruuden virheet tarkkuusluokkien säännöstelyn muodossa. Suojaukseen tarkoitetuissa virtamuuntajissa otetaan käyttöön kokonaisvirheen arvo (saatu ensiö- ja toisiovirran vektorien erona) ottaen huomioon virheet sekä suuruus- että kulmassa - suojauksen oikean toiminnan kannalta olla enintään 10 % (suurimmalla mahdollisella oikosulkuvirralla). $\delta$ $\textstyle {\frac {W_{2}}{W_{1}}}$

Interwinding-, interlayer- ja interturn-kapasitanssien läsnäolo

Dielektrillä erotettujen johtimien läsnäolo johtaa loiskapasitanssiin käämien, kerrosten ja kierrosten välillä. Tämän ilmiön mallinnus toteutetaan ottamalla käyttöön ns. pitkittäis- ja poikittaissäiliöt. Poikittaissuuntaiset sisältävät välikerros- ja kelauskapasiteetit. Pitkittäissuuntaan - kierto ja välikela. Suurtaajuiset häiriöt voivat tunkeutua kapasitanssien kautta ensiökäämistä toisiokäämiin, mikä ei ole toivottavaa joissakin muuntajasovelluksissa (eli käämitty maadoitettu suoja). Näitä ekvivalenttisia kapasitansseja voidaan pitää keskittyneinä vain ensimmäisessä approksimaatiossa; itse asiassa nämä määrät jaetaan . Myös vuotoinduktanssit jakautuvat. Normaalissa käytössä jännite jakautuu tasaisesti käämeille, vaihdellen lineaarisesti käännöksissä ja kerroksissa (maadoitettujen käämien osalta - vaihearvosta nollaan). Erilaisten ohimenevien prosessien yhteydessä, jotka liittyvät käämin jännitteen jyrkkään muutokseen, aaltoprosessit alkavat jakautuneiden kapasitanssien vuoksi. Tämä on erityisen voimakasta salama- ja kytkentäylijännitteissä, joiden etureuna on erittäin jyrkkä (suuruusluokkaa useita mikrosekunteja salamaimpulsseille ja useita kymmeniä mikrosekunteja kytkentäimpulsseille). Tällöin jännitteen jakautuminen alkuhetkellä käämejä pitkin muuttuu erittäin epätasaiseksi ja suurin osa jännitteistä putoaa kierroksilla ja kerroksilla, jotka sijaitsevat lähempänä vaiheliittimiä, nämä käämin osat ovat suurimmassa vaarassa rikkoutua, jotka tulee ottaa huomioon muuntajien (pääasiassa suurjännitetehomuuntajien) suunnittelussa. Lisäksi hajautettujen (pitkittäisten ja poikkisuuntaisten) kapasitanssien ja induktanssien läsnäolo johtaa loisvärähtelypiirien syntymiseen muuntajassa ja jännitepulssien tunkeutuessa muuntajan käämiin tapahtuu suurtaajuinen vaimennettu värähtelyprosessi (alkujaksolla, jännite syötetään käämin alkukierroksiin, sitten käämin jakautuminen käännetään ja suurin osa siitä on jo syötetty viimeisiin kierroksiin jne.). Tämä vaikutus on myös otettava huomioon joissakin muuntajamalleissa [13] .

Lisäksi käämien reaktiiviset parametrit sekä todellisen muuntajan sydämen taajuusominaisuudet määräävät sen toimintataajuuksien alueen, jossa muunnossuhde , vaihesiirto ja lähtöjännitteen muoto eivät juurikaan riipu taajuus (tärkeää signaalipiirien eristys- ja sovitusmuuntajien kannalta).

Epälineaarisen magnetointikäyrän esiintyminen

Useimmat muuntajat käyttävät ferromagneettisia ytimiä lisäämään toisiokäämeissä indusoituvaa EMF:ää. Ferromagneeteilla on äärimmäisen epälineaarinen magnetointiominaisuus, jossa on kylläisyyttä ja epäselvyyttä (hystereesi), joka määrittää muuntajan jännitteiden ja virtojen luonteen: muuntajan syvällä kyllästymisellä ensiövirta kasvaa jyrkästi, sen muoto muuttuu ei-sinimuotoiseksi: siinä esiintyy kolmas harmoninen komponentti. Epälineaarinen induktanssi (liittyy epälineaarisen magnetointikäyrän olemassaoloon) yhdistettynä ulkoiseen kapasitiiviseen kuormaan (muuntaja ja verkkokapasitanssi) voi luoda ferroresonanssitilan, jossa on muuntajan vikaantumisen vaara ( jännitemuuntajat ovat erityisen herkkiä tälle ) . Hystereesi aiheuttaa lisähäviöitä ytimessä ja jäännösmagnetisaatiossa. Lämpöhäviöt sydämessä johtuvat pyörrevirtojen vaikutuksesta , joiden vähentämiseksi on tarpeen tuottaa levyistä koostuvia magneettipiirejä (sekoitus) ja käyttää korkearesistiivisiä ferromagneetteja (pii muuntajateräs, ferriitit).

Muuntajan toimintatilat

Lepotila . Tälle tilalle on ominaista avoin muuntajan toisiopiiri, jonka seurauksena siinä ei kulje virtaa. Ensiökäämin läpi kulkee tyhjäkäyntivirta, jonka pääkomponentti on reaktiivinen magnetointivirta. Tyhjäkäyttökokemuksen avulla on mahdollista määrittää muuntajan hyötysuhde , muunnossuhde sekä sydänhäviöt ( ns. "teräshäviöt").
lataustila . Tälle tilalle on ominaista muuntajan toiminta, jossa on kytketty lähde ensiöpiirissä ja kuorma muuntajan toisiopiirissä. Kuormavirta kulkee toisiokäämissä ja virta ensiökäämissä, mikä voidaan esittää kuormitusvirran (laskettuna käämien kierrosten lukumäärän ja toisiovirran suhteesta) ja no- kuormitusvirta. Tämä tila on muuntajan pääkäyttötila.
Oikosulkutila . Tämä tila saadaan oikosuljemalla toisiopiiri. Tämä on eräänlainen kuormitustila, jossa toisiokäämin vastus on ainoa kuorma. Oikosulkutestin avulla on mahdollista määrittää muuntajapiirin käämien lämpöhäviöt ("kuparihäviöt"). Tämä ilmiö otetaan huomioon todellisen muuntajan vastaavassa piirissä, joka käyttää aktiivista vastusta.
Yksipäisessä flyback-muunnintilassa muuntajan ensiökäämiä käytetään kelana energian varastointiin | energiaa muunnoksen ensimmäisessä jaksossa (eteenpäin), mikä erottaa tämän tilan lepotilasta. Kun ensiökäämi kytketään elektronisen avaimen kautta vakiojännitelähteeseen, ensiökäämin läpi kulkeva virta kasvaa suunnilleen lineaarisesti ja muuntaja varastoi energiaa magneettikenttään. Tässä jaksossa toisiokäämin läpi ei kulje virtaa, koska diodi on kytketty sarjaan käämin kuorman kanssa. Kun ensiökäämissä on saavutettu tietty virta-arvo, ensiökäämi kytketään irti jännitelähteestä elektronisella avaimella, sen läpi kulkeva virta pysähtyy ja toisiokäämiin, diodiin, ilmestyy itseinduktio-EMP-pulssi, jonka napaisuus on vastakkainen. avautuu ja toisiokäämin virta syötetään kuormaan luovuttaen muuntajan magneettikenttään varastoituneen energian. Lisäksi kuvattu prosessi toistetaan määräajoin. Tässä piirissä muuntajan käytön edut kelaan verrattuna: primääri- ja toisiopiirissä on galvaaninen eristys , yksinkertainen virranmuunnos on mahdollista ensi- ja toisiokäämien eri kierrosluvuilla ja eri osien käyttö käämitysjohtimista.

Lepotila

Kun toisiovirta on nolla (tyhjäkäynti), ensiökäämin induktio-EMF kompensoi lähes täysin virtalähteen jännitteen, joten ensiökäämin läpi kulkeva virta on yhtä suuri kuin vaihtomagnetointivirta, kuormaa ei ole virrat. Muuntajalle, jonka sydän on magneettisesti pehmeää materiaalia (ferromagneettinen materiaali, muuntajateräs), tyhjävirta luonnehtii sydämessä olevien häviöiden määrää (pyörrevirroille ja hystereesille) ja magnetoinnin käännöksen loistehoa. magneettinen piiri. Tehohäviö voidaan laskea kertomalla tyhjäkäyntivirran aktiivinen komponentti muuntajaan syötetyllä jännitteellä.

Muuntajassa, jossa ei ole ferromagneettista ydintä, ei ole uudelleenmagnetointihäviöitä, ja tyhjävirta määräytyy ensiökäämin induktanssin resistanssin mukaan , joka on verrannollinen vaihtovirran taajuuteen ja induktanssin suuruuteen.

Vektorikaavio jännitteistä ja virroista muuntajassa joutokäynnillä käämien konsonanttiliittymällä on esitetty [14] kuvassa 1.8 b.

Toisiokäämin jännite määräytyy ensimmäisenä likiarvona Faradayn lain mukaan .

Tätä moodia käytetään jännitemuuntajien mittauksessa .

Oikosulkutila

Oikosulkutilassa muuntajan ensiökäämiin syötetään pieni vaihtojännite, toisiokäämin johdot oikosuljetaan. Tulojännite asetetaan niin, että oikosulkuvirta on yhtä suuri kuin muuntajan nimellinen (laskettu) virta. Tällaisissa olosuhteissa oikosulkujännitteen arvo luonnehtii muuntajan käämien häviöitä, ohmisen vastuksen häviöitä. Oikosulkutestissä saatu oikosulkujännite (määritetty prosentteina nimellisjännitteestä) on yksi muuntajan tärkeimmistä parametreista. Tehohäviö voidaan laskea kertomalla oikosulkujännite oikosulkuvirralla . ${\displaystyle U_{kz))$ $I_{kz}$

Tätä moodia käytetään laajalti virtamuuntajien mittauksessa .

Lataustila

Kun toisiokäämiin kytketään kuorma, toisiopiiriin syntyy kuormitusvirta, joka luo magneettipiiriin magneettivuon, joka on suunnattu vastapäätä ensiökäämin synnyttämää magneettivuoa. Tämän seurauksena ensiöpiirissä rikotaan induktio-EMF:n ja virtalähteen EMF:n tasa-arvoa, mikä johtaa virran kasvuun ensiökäämissä, kunnes magneettivuo saavuttaa melkein saman arvon.

Kaavamaisesti muunnosprosessi voidaan kuvata seuraavasti:

U_{1}\to I_{1}\to I_{1}\cdot N_{1}\to \Phi \varepsilon _{2}\to I_{2}~.

Hetkellinen magneettivuo muuntajan magneettipiirissä määräytyy ensiökäämin EMF:n hetkellisen arvon aikaintegraalilla, ja sinimuotoisen jännitteen tapauksessa vaihesiirretään 90 ° EMF:n suhteen. Toisiokäämeissä indusoituva EMF on verrannollinen magneettivuon ensimmäiseen derivaatan kanssa ja minkä tahansa virran muodon kohdalla se osuu vaiheeseen ja muotoon ensiökäämin EMF:n kanssa.

Vektoridiagrammi jännitteistä ja virroista muuntajassa, jossa kuorma on konsonantti käämien sisällytyksellä, on esitetty [14] kuvassa 1.6 c.

Muuntajien teoria

Linjamuuntajan yhtälöt

Olkoon , - ensiö- ja toisiokäämien virran hetkelliset arvot, - ensiökäämin hetkellinen jännite, - kuormitusvastus. Sitten: $i_1$ $i_2$ $u_{1}$ $R_{H}$

u_{1}=L_{1}{di_{1} \over dt}+L_{12}{di_{2} \over dt}+i_{1}R_{1}~,

L_{2}{di_{2} \over dt}+L_{12}{di_{1} \over dt}+i_{2}R_{2}=-i_{2}R_{H}~ ,

tässä:

L_{1}

, - ensiökäämin induktanssi ja aktiivinen vastus;

R_{1}

L_{2}

, - sama toisiokäämille;

R_{2}

L_{{12}}

on käämien keskinäinen induktanssi.

Jos ensiökäämin magneettivuo läpäisee kokonaan toisiokäämin, eli jos ei ole hajakenttää, niin . Käämien induktanssi ensimmäisessä approksimaatiossa on verrannollinen niissä olevien kierrosten lukumäärän neliöön. ${\displaystyle L_{12}={\sqrt {L_{1}L_{2))))$

Saadaan lineaarinen differentiaaliyhtälöjärjestelmä käämien virroille. Nämä differentiaaliyhtälöt voidaan muuntaa tavallisiksi algebrallisiksi yhtälöiksi käyttämällä kompleksisten amplitudien menetelmää . Tätä varten harkitse järjestelmän vastetta sinimuotoiseen signaaliin ( , missä on signaalin taajuus, on imaginaariyksikkö ). $u_{1}=U_{1}e^{{-j\omega t}}$ $\omega =2\pi f$ $f$ $j$

Sitten jne. vähentämällä eksponentiaalisia tekijöitä, saamme: $i_{1}=I_{1}e^{{-j\omega t}}$

{\begin{matrix}U_{1}=-j\omega L_{1}I_{1}-j\omega L_{12}I_{2}+I_{1}R_{1}~,\ \-j\omega L_{2}I_{2}-j\omega L_{12}I_{1}+I_{2}R_{2}=-I_{2}Z_{H}~.\end{matrix }}

Monimutkaisten amplitudien menetelmän avulla voit tutkia paitsi puhtaasti aktiivista, myös mielivaltaista kuormaa, kun taas riittää korvaamaan kuormitusvastus sen impedanssilla . Tuloksena olevista lineaarisista yhtälöistä voit ilmaista helposti kuorman läpi kulkevan virran Ohmin lain avulla - kuorman ylittävä jännite jne. $R_{H}$ $Z_{H}$

T-muotoinen muuntaja vastaava piiri

Tässä on muunnossuhde , on ensiökäämin "hyödyllinen" induktanssi, , ovat ensiökäämien ja toisiokäämien vuotoinduktanssit, , ovat ensiö- ja toisiokäämien aktiiviset resistanssit, vastaavasti, on kuormitusimpedanssi. $T$ $L_{{12}}$ $L_{{1n}}$ $L_{{2n}}$ $R_{{1n}}$ $R_{{2n}}$ $Z_{n}$

Häviöt muuntajissa

Ydinhäviö

Muuntajan häviöiden määrä (ja tehon aleneminen ) riippuu pääasiassa "muuntajaraudan" ( sähköteräksen ) laadusta, rakenteesta ja materiaalista. Rautahäviöt koostuvat pääasiassa sydämen lämpenemisestä, hystereesistä ja pyörrevirtahäviöistä . Häviöt muuntajassa, jossa "rauta" on monoliittinen, ovat paljon suuremmat kuin muuntajassa, jossa se koostuu useista osista (koska pyörrevirtojen määrä vähenee tässä tapauksessa). Käytännössä monoliittisia teräshylsyjä ei käytetä. Häviöiden vähentämiseksi muuntajan magneettipiirissä magneettipiiri voidaan valmistaa erikoislaatuisesta muuntajateräksestä, johon on lisätty piitä, mikä lisää raudan ominaisvastusta sähkövirralle, ja itse levyt on lakattu eristämään jokaisesta muu.

Käämihäviöt

"Rautahäviöiden" lisäksi muuntajassa on "kuparihäviöitä", jotka johtuvat nollasta poikkeavasta käämien aktiivisesta resistanssista (mitä ei usein voida tehdä merkityksettömäksi , koska se vaatii langan poikkileikkauksen lisäämistä, mikä johtaa ytimen tarvittavien mittojen lisäämiseen). "Kuparihäviöt" johtavat käämien kuumenemiseen kuormituksen alaisena käytettäessä ja kierrosten lukumäärän ja käämien jännitteen välisen suhteen rikkomiseen, mikä pätee ihanteelliseen muuntajaan:

{\frac {U_{2}}{U_{1}}}={\frac {N_{2}}{N_{1}}}~.

Kokonaisteho

Muuntajan kokonaisteho kuvataan seuraavalla kaavalla:

P_{gab}={\frac {P_{1}+P_{2}}{2}}={\frac {U_{1}I_{1}+U_{2}I_{2}}{ 2}}~,

$_{yksi}$ - ensiökäämi;
$_2$ - toisiokäämi.

Kokonaisteho, kuten nimestä voi päätellä, määräytyy ytimen ja materiaalin mittojen sekä sen magneettisten ja taajuusominaisuuksien perusteella.

Muuntajan tehokkuus

Muuntajan hyötysuhde saadaan seuraavalla kaavalla:

\eta ={\frac {1}{1+{\frac {P_{0}+P_{L}\cdot n^{2}}{P_{2}\cdot n))))~,

missä:

P_0

- tyhjäkäyntihäviöt nimellisjännitteellä;

P_{L}

- kuormitushäviöt nimellisvirralla;

P_2

- kuormaan syötetty aktiivinen teho;

n

— suhteellinen kuormitusaste (kuormitustekijä). nimellisvirralla .

n = 1

Rakentaminen

Muuntajan suunnittelun pääosat ovat:

magneettinen ydin;
käämit;
käämityskehys;
eristäminen ;
jäähdytysjärjestelmä;
muut elementit (asennusta varten, pääsy käämiliittimiin, muuntajan suojaus jne.).

Muuntajaa suunniteltaessa valmistaja valitsee kolmesta eri peruskonseptista:

sauva;
Panssaroitu;
Toroidaalinen.

Kumpikaan näistä käsitteistä ei vaikuta muuntajan suorituskykyyn tai huollettavuuteen, mutta niiden valmistusprosessissa on merkittäviä eroja. Jokainen valmistaja valitsee konseptin, jota hän pitää valmistuksen kannalta sopivimpana, ja pyrkii soveltamaan tätä konseptia koko tuotantomäärän ajan.

Tankotyyppiset käämit sulkevat sisäänsä sydämen, kun taas panssarityyppiset käämit sulkevat sisäänsä käämit. Jos katsot tankotyyppistä aktiivista komponenttia (eli käämityksellä varustettua sydäntä), käämit ovat selvästi näkyvissä, mutta ne piilottavat takanaan ytimen magneettijärjestelmän sauvat - vain sydämen ylä- ja alaikeet näkyvät. . Panssaroidussa rakenteessa ydin päinvastoin piilottaa pääosan käämeistä.

Magneettinen järjestelmä (magneettinen ydin)

Muuntajan magneettinen järjestelmä ( magneettinen piiri ) on valmistettu sähköteräksestä , permalloysta , ferriitistä tai muusta ferromagneettisesta materiaalista tietyssä geometrisessa muodossa. Suunniteltu paikallistamaan muuntajan päämagneettikenttä siinä.

Magneettipiiri voidaan materiaalista ja mallista riippuen koota levyistä, puristaa, kääriä ohuesta nauhasta, koota 2, 4 tai useammasta "hevosenkengästä". Täysin koottua magneettijärjestelmää yhdessä kaikkien solmujen ja osien kanssa, jotka kiinnittävät yksittäisiä osia yhdeksi rakenteeksi, kutsutaan muuntajasydämeksi .

Magneettijärjestelmän osaa, jolla muuntajan pääkäämit sijaitsevat, kutsutaan sauvaksi .
Sitä muuntajan magneettijärjestelmän osaa, joka ei kanna pääkäämiä ja joka sulkee magneettipiirin, kutsutaan ikeeksi [1] .

Tankojen tilajärjestelystä riippuen on:

Litteä magneettijärjestelmä - magneettijärjestelmä, jossa kaikkien sauvojen ja ikeen pituusakselit sijaitsevat samassa tasossa
Spatiaalinen magneettijärjestelmä - magneettijärjestelmä, jossa tankojen tai ikeiden tai tankojen ja ikeiden pituusakselit sijaitsevat eri tasoissa
Symmetrinen magneettijärjestelmä - magneettinen järjestelmä, jossa kaikilla tangoilla on sama muoto, rakenne ja mitat ja minkä tahansa tangon suhteellinen sijainti suhteessa kaikkiin ikeisiin on sama kaikille sauvoille
Epäsymmetrinen magneettijärjestelmä - magneettinen järjestelmä, jossa yksittäiset tangot voivat poiketa muista sauvoista muodon, rakenteen tai koon suhteen, tai minkä tahansa tangon suhteellinen sijainti suhteessa muihin tankoihin tai ikeisiin voi poiketa minkä tahansa muun sauvan sijainnista

Toroidinauhamagneettisydän ja siihen perustuva muuntaja
Panssarilevy
Tankoteippi ja toroidi

Magneettipiiri, jossa on aukko

Suurimmalla osalla muuntajista on suljettu magneettipiiri (magneettikenttälinjat ovat suljettuina ydinmateriaalin läpi korkealla magneettisella läpäisevyydellä ). Tämän avulla voit saavuttaa käämien suurimman keskinäisen induktanssin tietylle koolle ja vähentää ei-toivottuja loisvirtoja muuntajan läpi.

Joissakin sovelluksissa muuntajan läpi kulkevat loisvirrat ovat kuitenkin hyödyllisiä, ja käämien induktanssia on tarpeen vähentää. Tyypillinen sovellus on yksipäiset kytkentämuuntimet , joissa muuntajaa käytetään energiaa varastoivana induktorina ja ensiö- ja toisiokäämiä vuorotellen. Tässä tapauksessa liian korkea induktanssi on haitallista käytettäessä korkealla taajuudella.

Ilmaraon käytöllä magneettipiirissä on seuraavat seuraukset:

Raon magneettinen permeabiliteetti on pääsääntöisesti suuruusluokkaa pienempi kuin magneettisydämen magneettinen permeabiliteetti . Tältä osin jopa suhteellisen pieni leveysrako voi merkittävästi lisätä piirin magneettiresistanssia , vähentää suhteellisesti käämien induktanssia ja magneettisen energiatiheyden kaavan mukaan lisätä varastoidun magneettisen energian määrää samalla arvolla magneettisesta induktiosta . Samaan aikaan raon suhteellisen pieni leveys lisää vain rajallisesti magneettivuon vuotoa magneettijärjestelmän ulkopuolelle. $\mu$ $\textstyle w={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}\mu }}$ $B$
Ceteris paribus, raon lisäämisellä magneettipiiriin on vain vähän vaikutusta rajoittavan magneettivuon suuruuteen, jolla magneettipiirin kyllästyminen tapahtuu, koska se riippuu ensisijaisesti poikkileikkauspinta-alasta ja magneettipiirin materiaalista. Samasta syystä aukolla on vain vähän vaikutusta muuntajan ominaisuuteen , joka liittyy suoraan lähetetyn pulssin enimmäiskestoon jännitepulssin amplitudilla ja kuvaa sitä . ${\displaystyle \Phi _{max))$ ${\displaystyle \Phi _{max))$ ${U}\cdot {T}$ ${\displaystyle \Phi _{max))$ $T$ $U$
Kaavan mukaan samalla muuntajan käämin läpi kulkevalla virran arvolla ja samalla käämin kierrosten lukumäärällä , mutta käämin induktanssin pienemmällä arvolla käämin läpi kulkevan virran luoma magneettivuo pienenee . Tästä johtuen muuntajan magneettipiiri kyllästyy korkeammilla käämin läpi kulkevan virran arvoilla , mikä on erityisen tärkeää, jos virralla on vakiokomponentti . $\displaystyle \Psi =N\Phi =LI$ $minä$ $N$ $L$ $\Phi$
Kaavan mukaan samalla magneettivuon määrällä induktanssiin varastoitunut energia kasvaa käänteisesti induktanssin kanssa . Tämä johtuu siitä, että samalla käämin jännitearvolla käämin läpi kulkeva virta kasvaa nopeammin ja saavuttaa suurempia arvoja, mikä lisää myös lähetettyä tehoa, joka on verrannollinen . $\textstyle W={\frac {LI^{2}}{2}}={\frac {\Psi ^{2}}{2L}}={\frac {(N\Phi )^{2 }}{2L}}$ $\Phi$ $W$ $L$ $U$ $minä$ $U\cdot {I}$
Lisääntynyt loisvirta edistää ohmisen häviöiden kasvua .

Käämit

Käämityksen pääelementti on kela - sähköjohdin tai sarja rinnakkain kytkettyjä tällaisia johtimia (säikeinen sydän), joka on kerran kietoutunut muuntajan magneettijärjestelmän osan ympärille, jonka sähkövirta yhdessä muiden laitteiden virtojen kanssa tällaiset johtimet ja muut muuntajan osat muodostavat muuntajan magneettikentän ja jossa tämän magneettikentän vaikutuksesta indusoituu sähkömotorinen voima.

Käämitys - sarja kierroksia, jotka muodostavat sähköpiirin, jossa käännöksissä indusoitunut EMF summataan. Kolmivaiheisessa muuntajassa käämi tarkoittaa yleensä kolmen vaiheen samanjännitteistä käämien sarjaa, jotka on kytketty toisiinsa.

Tehomuuntajien käämijohtimen poikkileikkaus on tavallisesti neliön muotoinen, jotta käytettävissä oleva tila voitaisiin hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti (sydänikkunan täyttökertoimen lisäämiseksi). Kun johtimen poikkipinta-ala kasvaa, se voidaan jakaa kahteen tai useampaan rinnakkaiseen johtavaan elementtiin käämityksen pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi ja käämin toiminnan helpottamiseksi. Neliön muotoista johtavaa elementtiä kutsutaan asuinrakennukseksi.

Jokainen ydin on eristetty joko paperikäämityksellä tai emalilakalla. Kahdella erikseen eristetyllä ja rinnakkain kytketyllä hylsyllä voi joskus olla yhteinen paperieristys. Kahta tällaista eristettyä sydäntä yhteisessä paperieristeessä kutsutaan kaapeliksi.

Erityinen käämijohdin on jatkuvasti transponoitu kaapeli. Tämä kaapeli koostuu säikeistä, jotka on eristetty kahdella emalilakkakerroksella ja jotka sijaitsevat aksiaalisesti toisiinsa nähden, kuten kuvassa. Jatkuvasti transponoitu kaapeli saadaan siirtämällä yhden kerroksen ulompi säie tasaisella nousulla seuraavaan kerrokseen ja käyttämällä yhteistä ulkoeristystä [15] .

Kaapelin paperikäämi on tehty ohuista (useita kymmeniä mikrometrejä) useita senttimetrejä leveistä paperinauhoista, jotka on kierretty sydämen ympärille. Paperi kääritään useisiin kerroksiin vaaditun kokonaispaksuuden saavuttamiseksi.

Käämit jaetaan seuraavasti:

Nimittäminen
- Tärkeimmät ovat muuntajan käämit, joihin muunnetun vaihtovirran energia syötetään tai joista muunnetun vaihtovirran energia poistetaan.
- Säätö - alhaisella käämivirralla ja ei liian laajalla säätöalueella, käämiin voidaan järjestää hanat jännitteen muuntosuhteen säätämiseksi.
- Apu - käämit, jotka on suunniteltu esimerkiksi syöttämään apuverkkoa teholla, joka on huomattavasti pienempi kuin muuntajan nimellisteho, kompensoimaan kolmatta harmonista magneettikenttää, biasoimaan magneettijärjestelmää tasavirralla jne.
Toteutus
- Tavallinen käämi - käämin kierrokset sijaitsevat aksiaalisuunnassa käämin koko pituudella. Seuraavat kierrokset kelataan tiukasti toisiinsa, jättämättä välitilaa.
- Kierukkakäämitys - Kierrekäämi voi olla muunnelma monikerroksisesta käämityksestä, jossa on etäisyydet käämin jokaisen kierroksen tai juoksun välillä.
- Levyn käämitys - Levykäämi koostuu sarjasta sarjaan kytkettyjä levyjä. Jokaisessa kiekossa kelat on kierretty säteittäisesti kierukkamaisesti sisäänpäin ja ulospäin vierekkäisille levyille.
- Foliokäämitys - foliokäämit on valmistettu leveästä kupari- tai alumiinilevystä, jonka paksuus on millimetrin kymmenesosista useisiin millimetreihin.

Kaaviot ja ryhmät kolmivaiheisten muuntajien käämien kytkemiseen

Kolmivaiheisen muuntajan kummankin puolen vaihekäämit voidaan kytkeä kolmella päätavalla:

$Y$ -liitäntä ("tähti"), jossa jokainen käämi on kytketty toisesta päästään yhteiseen pisteeseen, jota kutsutaan neutraaliksi. On "tähti", jolla on päätelmä yhteisestä pisteestä (nimitys tai ) ja ilman sitä ( ); $Y_{0}$ $Y_{n}$ $Y$
$\Delta$ - liitäntä ("kolmio"), jossa kolme vaihekäämitystä on kytketty sarjaan;
$Z$ yhteys ("siksak"). Tällä kytkentätavalla jokainen vaihekäämi koostuu kahdesta identtisestä osasta, jotka on sijoitettu magneettipiirin eri sauvoille ja kytketty sarjaan vastakkain. Tuloksena olevat kolmivaihekäämit on kytketty yhteiseen pisteeseen, joka on samanlainen kuin "tähti". Yleensä "siksakia" käytetään haaran kanssa yhteisestä pisteestä ( ). $Z_0$

Sekä muuntajan ensiö- että toisiokäämi voidaan kytkeä millä tahansa kolmella yllä esitetyllä tavalla, millä tahansa yhdistelmällä. Tietyn menetelmän ja yhdistelmän määrää muuntajan käyttötarkoitus.

$Y$ - liitäntää käytetään yleensä suurjännitekäämeissä. Tämä johtuu monista syistä:

kolmivaiheisen automuuntajan käämit voidaan kytkeä vain "tähdellä";
kun yhden raskaan kolmivaiheisen muuntajan sijasta käytetään kolmea yksivaiheista automuuntajaa yhdistämään ne toisella tavalla;
kun muuntajan toisiokäämi syöttää suurjännitejohtoa, maadoitettu nolla vähentää ylijännitteitä salamaniskun aikana. Ilman neutraalia maadoitusta on mahdotonta käyttää johdon differentiaalista suojausta maavuotojen osalta. Tässä tapauksessa kaikkien tämän linjan vastaanottomuuntajien ensiökäämissä ei pitäisi olla maadoitettua nollaa;
jännitesäätimien (hanakytkimien) suunnittelu yksinkertaistuu huomattavasti. Käämihanojen sijoittaminen "neutraalista" päästä varmistaa kontaktiryhmien vähimmäismäärän. Kytkimen eristysvaatimukset ovat pienemmät, koska se toimii minimijännitteellä suhteessa maahan;
tämä yhdiste on teknisesti edistynein ja vähiten metalliintensiivinen.

Kolmiokytkentää käytetään muuntajissa, joissa yksi käämi on jo kytketty tähtiin, erityisesti nollaliittimeen.

Edelleen yleisten muuntajien toiminta Y / Y 0 -kaaviolla on perusteltua, jos sen vaiheiden kuormitus on sama (kolmivaihemoottori, kolmivaiheinen sähköuuni, tiukasti laskettu katuvalaistus jne.). epäsymmetrinen (kotitalo ja muu yksivaiheinen), silloin magneettivuo ytimessä menee epätasapainoon ja kompensoimaton magneettivuo (ns. "nollasekvenssivuo") sulkeutuu kannen ja säiliön läpi, jolloin ne kuumenevat ja värisemään. Ensiökäämi ei voi kompensoida tätä virtausta, koska sen pää on kytketty virtuaaliseen nollaan, jota ei ole kytketty generaattoriin. Lähtöjännitteet vääristyvät (tulee "vaiheepätasapaino"). Yksivaiheiselle kuormitukselle tällainen muuntaja on pohjimmiltaan avoin kuristin, ja sen impedanssi on korkea. Yksivaiheisen oikosulun virta aliarvioidaan suuresti verrattuna laskettuun (kolmivaiheiseen oikosulkuun), mikä tekee suojalaitteiden toiminnasta epäluotettavaa.

Jos ensiökäämi on kytketty kolmioon (muuntaja Δ / Y 0 -kaaviolla ), kunkin sauvan käämeissä on kaksi johtoa sekä kuormaan että generaattoriin, ja ensiökäämi voi magnetoida jokaisen sauvan erikseen vaikuttamatta kaksi muuta ja rikkomatta magneettista tasapainoa. Tällaisen muuntajan yksivaiheinen resistanssi on lähellä laskettua, jännitteen vääristymä on käytännössä eliminoitu.

Toisaalta kolmiokäämityksellä hanan kytkimen suunnittelu (korkeajännitekoskettimet) tulee monimutkaisemmaksi.

Käämityksen yhdistäminen kolmioon mahdollistaa virran kolmannen ja moninkertaisen harmonisen kiertämisen kolmen sarjaan kytketyn käämin muodostaman renkaan sisällä. Kolmannen harmonisen virran sulkeminen on välttämätöntä muuntajan vastuksen vähentämiseksi ei-sinimuotoisille kuormitusvirroille (epälineaarinen kuorma) ja sen jännitteen säilyttäminen sinimuotoisena. Kolmannella virtaharmonisella kaikissa kolmessa vaiheessa on sama suunta, nämä virrat eivät voi kiertää käämissä, joka on yhdistetty tähdellä, jossa on eristetty nolla.

Kolmiosaisten sinimuotoisten virtojen puute magnetointivirrassa voi johtaa indusoidun jännitteen merkittävään vääristymiseen tapauksissa, joissa sydämessä on 5 sauvaa tai se on valmistettu panssaroituna versiona. Kolmiokytketty muuntajan käämitys eliminoi tämän häiriön, koska kolmiokytketty käämi vaimentaa harmonisia virtoja. Joskus muuntajat tarjoavat tertiäärisen Δ-kytketyn käämin, jota ei ole tarkoitettu lataamiseen, vaan estämään jännitteen vääristymät ja nollasekvenssin impedanssin pieneneminen. Tällaisia käämiä kutsutaan kompensaatioiksi. Lataukseen tarkoitetut jakomuuntajat, ensiöpuolen vaiheen ja nollan välillä, on yleensä varustettu kolmiokäämityksellä. Kolmiokäämin virta voi kuitenkin olla hyvin alhainen minimitehon saavuttamiseksi, ja vaadittu käämijohtimen koko on erittäin hankala tehdasvalmistuksessa. Tällaisissa tapauksissa suurjännitekäämi voidaan kytkeä tähdeksi ja toisiokäämi siksakiksi. Siksakkäämin kahdessa väliotossa kiertävät nollasekvenssivirrat tasapainottavat toisiaan, toisiopuolen nollasekvenssiimpedanssi määräytyy pääasiassa käämien kahden haaran välisen hajamagneettikentän perusteella, ja se ilmaistaan pieni määrä.

Käämiparin liittämistä eri tavoin käyttämällä on mahdollista saavuttaa eriasteisia esijännitettä muuntajan sivujen välillä.

Ensiö - ja toisiokäämien EMF : n välinen vaihesiirto ilmaistaan yleensä yhdisteiden ryhmänä . Ensiö- ja toisiokäämien tai ensiö- ja tertiäärikäämien välisen esijännitteen kuvaamiseen käytetään perinteisesti esimerkkiä kellotaulusta. Koska tämä vaihesiirto voi vaihdella välillä 0° - 360° ja siirtosuhde on 30°, numerosarja 1 - 12 valitaan osoittamaan yhdisteryhmää, jossa jokainen yksikkö vastaa 30°:n siirtokulmaa. . Ensisijaisen osan yksi vaihe osoittaa numeroon 12 ja toisen puolen vastaava vaihe osoittaa eri numeroon kellotaulussa.

Yleisimmin käytetty Yd11-yhdistelmä tarkoittaa esimerkiksi 30º nollasiirtymää molempien puolten jännitteiden välillä.

Kaaviot ja ryhmät kolmivaiheisten kaksikäämien muuntajien käämien kytkentään [16] [17] (ei valmis, kesken)

Käämin kytkentäkaavio		Avoimen piirin jännitevektorikaavio Huomautus 1	Symboli _
VN	HH	Avoimen piirin jännitevektorikaavio Huomautus 1	Symboli _
			U/D-11

Huomaa: kaaviossa käämivektorit "tähti" on merkitty vihreällä , "kolmio" sinisellä ja AB-vektorin siirtymä punaisella .

Rautatiemuuntajissa löytyy myös joukko yhteyksiä "avoin delta - epätäydellinen tähti".

Buck

Säiliö on ensisijaisesti muuntajaöljyn säiliö , ja se tarjoaa myös fyysisen suojan aktiiviselle komponentille. Se toimii myös apulaitteiden ja ohjauslaitteiden tukirakenteena.

Ennen säiliön täyttämistä aktiivisella komponentilla öljyllä, kaikki ilma poistetaan siitä, mikä voi vaarantaa muuntajan eristyksen dielektrisen lujuuden (siksi säiliö on suunniteltu kestämään ilmakehän painetta minimaalisella muodonmuutoksella).

Muuntajan tehon kasvaessa suurien virtojen vaikutus muuntajan sisällä ja ulkopuolella vaikuttaa suunnitteluun. Sama tapahtuu säiliön sisällä olevan magneettivuon kanssa. Ei-magneettiset sisäkkeet suurvirtaholkkien ympärillä vähentävät ylikuumenemisen riskiä. Säiliön erittäin johtavista suojista valmistettu sisävuori estää virtauksen pääsyn säiliön seinien läpi. Toisaalta matalan reluktanssin materiaali imee juoksutteen ennen kuin se kulkee säiliön seinien läpi.

Toinen säiliöitä suunniteltaessa huomioitu ilmiö on muuntajan sydämen tuottamien äänitaajuuksien ja säiliöosien resonanssitaajuuksien yhteensopivuus , mikä voi vahvistaa ympäristöön säteilevää melua.

Versiot

Säiliön rakenne mahdollistaa lämpötilasta riippuvan öljyn laajenemisen. Tämän perusteella muuntajasäiliöt jaetaan niiden suunnittelun mukaan:

Muuntajat, joissa on sileä säiliö ilman laajennusta (tätä mallia käytetään jopa 10 kVA teholle), liittimet on asennettu kanteen. Öljyn laajenemisen lämpötilakompensointi tapahtuu säiliön epätäydellisen täytön ja ilmatyynyn muodostumisen vuoksi yläosaan.
Muuntajat paisuntasäiliöllä (63 kVA asti), liittimet sijaitsevat kannessa.
Muuntajat paisuntasäiliöllä ja pattereilla, liittimet sijaitsevat kannessa. Vanhoissa malleissa patterit valmistettiin säiliöön hitsattujen taivutettujen putkien muodossa - ns. "putkimainen säiliö".
Muuntajat, joissa paisuntasäiliö, patterit ja ulostulot säiliön seinillä erityisissä laipoissa (laippakiinnitys). Tämän tyyppisessä muuntajassa on kirjain "F" ja se on tarkoitettu asennettavaksi suoraan tuotantotilaan ("myymäläversio").
Muuntajat pattereilla, ilman laajennusta, laippakiinnitys. Öljyn lämpölaajenemisen kompensointi suoritetaan luomalla kaasutyyny inertin kaasun - typen - yläosaan (estäen ilman hapettamasta öljyä). Tällaiset muuntajat kuuluvat myös myymälätyyppiin ja niissä on kirjain “З” merkinnässä - suojattu versio. Paineen hätävapautus tehdään erikoisventtiilillä.
Muuntajat ilman laajennusta, ilman pattereita aaltopahvisäiliöllä. Modernin muotoilu. Öljyn tilavuuden lämpötilamuutosten kompensointi tapahtuu erityisen säiliörakenteen avulla, jossa on ohuesta teräksestä valmistetut aallotetut seinät (aaltosäiliö). Öljyn laajenemiseen liittyy säiliön aallotusten laajeneminen. Öljynpaineen hätävapautus (esimerkiksi sisäisen vaurion sattuessa) suoritetaan erityisellä venttiilillä. Tällaisilla muuntajilla on kirjain "G" nimityksessä - hermeettinen muotoilu.

Muuntajien tyypit

Katso myös kohta Muut muuntajasovellukset .

Tehomuuntaja

Vaihtovirtamuuntaja - muuntaja, joka on suunniteltu muuttamaan sähköenergiaa sähköverkoissa ja asennuksissa, jotka on suunniteltu vastaanottamaan ja käyttämään sähköenergiaa. Sana "teho" heijastaa tämäntyyppisten suuritehoisten muuntajien työtä [18] . Tehomuuntajien käyttötarve johtuu voimalinjojen (35-750 kV), kaupunkien sähköverkkojen (yleensä 6,10 kV), loppukäyttäjille syötettävän jännitteen (0,4 kV, ne ovat myös 380/220 V) ja sähkökoneiden ja sähkölaitteiden toimintaan tarvittava jännite (erittäin volttiyksiköistä satoihin kilovoltteihin).

Vaihtovirtamuuntajaa käytetään tasajännitteen muuntamiseen vaihtovirtapiireissä. Termi "teho" osoittaa eron tällaisten muuntajien ja mittausmuuntajien ja erikoismuuntajien välillä.

Autotransformer

Automaattinen muuntaja on muuntajan muunnos, jossa ensiö- ja toisiokäämit on kytketty suoraan, ja tämän vuoksi niillä ei ole vain sähkömagneettista, vaan myös sähköistä liitäntää. Automaattisen muuntajan käämissä on useita johtoja (vähintään 3), joihin kytkemällä saat erilaisia jännitteitä. Automaattimuuntajan etu on korkeampi hyötysuhde, koska tehosta muunnetaan vain murto-osa - tämä on erityisen tärkeää, kun tulo- ja lähtöjännitteet poikkeavat hieman.

Haittana on sähköisen eristyksen (galvaanisen eristyksen) puute ensiö- ja toisiopiirien välillä. Automaattisten muuntajien käyttö on taloudellisesti perusteltua tavanomaisten muuntajien sijasta tehokkaasti maadoitettujen verkkojen kytkemiseen , joiden jännite on 110 kV ja suurempi muuntosuhteen ollessa enintään 3-4. Merkittävä etu on pienempi teräksen kulutus ytimeen, kuparin kulutus käämiin, pienempi paino ja mitat sekä sen seurauksena alhaisemmat kustannukset.

Virtamuuntaja

Virtamuuntaja on muuntaja, jonka ensiökäämi saa virtansa virtalähteestä . Tyypillinen sovellus on ensiökäämin virran pienentäminen sopivaan arvoon, jota käytetään mittaus-, suoja-, ohjaus- ja signalointipiireissä, lisäksi virtamuuntaja tarjoaa galvaanisen eristyksen (toisin kuin shunttivirran mittauspiireissä). Tyypillisesti yleisten muuntajien toisiokäämivirran nimellisarvo on 1 A tai 5 A. Virtamuuntajan ensiökäämi on kytketty sarjaan kuormituspiiriin, jonka vaihtovirtaa on ohjattava, ja mittauslaitteet tai käyttölaitteet . ja näyttölaitteet, esimerkiksi releet sisältyvät toisiokäämiin .

Virtamuuntajan toisiokäämin on toimittava tilassa, joka on lähellä oikosulkutilaa. Jos toisiokäämipiirissä tapahtuu tahaton tai tahallinen katkos, siihen indusoituu erittäin korkea jännite, joka voi aiheuttaa eristyksen rikkoutumisen ja vaurioittaa kytkettyjä laitteita.

Kun toisiokäämi on oikosulkutilassa, käämivirtojen suhde on lähellä (ihanteellisesti yhtä suuri) muunnossuhdetta .

Jännitemuuntaja

Jännitemuuntaja – jännitelähteestä saatava muuntaja . Tyypillinen sovellus on korkean jännitteen muuntaminen matalaksi jännitteeksi piireissä, mittauspiireissä ja RPA- piireissä . Jännitemuuntajan käyttö mahdollistaa suojalogiikka- ja mittauspiirien eristämisen suurjännitepiiristä.

Pulssimuuntaja

Pulssimuuntaja on muuntaja, joka on suunniteltu muuttamaan pulssisignaaleja, joiden pulssin kesto on jopa kymmeniä mikrosekunteja minimaalisella pulssin muodon vääristymällä [19] . Pääsovellus on suorakaiteen muotoisen sähköpulssin siirto (maksimi jyrkkä reuna ja raja, suhteellisen vakio amplitudi). Se muuttaa lyhytaikaisia jännitevideopulsseja, jotka yleensä toistetaan ajoittain korkealla käyttöjaksolla . Useimmissa tapauksissa IT:n päävaatimus on muunnettujen jännitepulssien muodon vääristymätön siirto; kun IT-tuloon johdetaan jonkinlainen jännite, lähdössä on toivottavaa saada samanmuotoinen jännitepulssi, mutta mahdollisesti eri amplitudi tai eri polariteetti.

Hitsausmuuntaja

Hitsausmuuntaja - muuntaja, joka on suunniteltu erityyppisiin hitsauksiin.

Hitsausmuuntaja muuntaa verkkojännitteen (220 tai 380 V) matalaksi jännitteeksi ja virran matalasta korkeaksi, jopa tuhansiin ampeeriin.

Hitsausvirtaa säädellään muuttamalla muuntajan joko induktiivisen reaktanssin tai toissijaisen avoimen jännitteen arvoa, mikä suoritetaan jakamalla ensiö- tai toisiokäämin kierrosten lukumäärä. Tämä tarjoaa vaiheittaisen nykyisen sääntelyn.

Erotusmuuntaja

Erotusmuuntaja on muuntaja, jonka ensiökäämiä ei ole kytketty sähköisesti toisiokäämiin. Tehonerotusmuuntajat on suunniteltu parantamaan sähköverkkojen turvallisuutta, jolloin ne joutuvat vahingossa samanaikaiseen kosketukseen maahan ja jännitteisiin osiin tai jännitteisiin osiin, jotka voivat saada jännitteen, jos eristys vaurioituu [20] . Signaalieristysmuuntajat mahdollistavat sähköpiirien galvaanisen eristyksen .

Vastaava muuntaja

Sovitusmuuntaja - muuntaja, jota käytetään sovittamaan elektronisten piirien eri osien (kaskadien) resistanssi minimaalisella aaltomuodon vääristymällä. Samanaikaisesti sovitettu muuntaja varmistaa galvaanisen eristyksen luomisen piiriosien välille.

Peak muuntaja

Huippumuuntaja - muuntaja, joka muuntaa sinimuotoisen jännitteen pulssijännitteeksi, jonka napaisuus muuttuu puolijakson välein.

Kaksoisrikastin

Kaksoiskuristin (vastainduktiivinen suodatin) - rakenteellisesti se on muuntaja, jossa on kaksi identtistä käämiä. Kelojen keskinäisen induktion ansiosta se on tehokkaampi kuin tavanomainen kuristin samoilla mitoilla. Kaksoiskuristimia käytetään laajalti virtalähteen tulosuodattimina; digitaalisten linjojen differentiaalisignaalisuodattimissa sekä äänitekniikassa.

Transfluxor

Transfluksori on muuntaja, jota käytetään tietojen tallentamiseen [21] [22] . Suurin ero tavanomaiseen muuntajaan on magneettipiirin suuri jäännösmagnetointi. Toisin sanoen transfluksorit voivat toimia muistielementteinä. Lisäksi transfluksorit varustettiin usein lisäkäämeillä, jotka antoivat alkuperäisen magnetoinnin ja asettivat niiden toimintatilat. Tämä ominaisuus mahdollisti (yhdessä muiden elementtien kanssa) ohjattujen generaattoreiden, vertailuelementtien ja keinotekoisten hermosolujen piirien rakentamisen transfluksoreihin.

Pyörivä muuntaja

Sitä käytetään signaalin välittämiseen pyöriviin esineisiin , esimerkiksi videonauhurien magneettipään rumpuun [23] . Se koostuu kahdesta magneettipiirin puolikkaasta, joista kummallakin on oma käämitys, joista toinen pyörii suhteessa toiseen minimiraolla. Mahdollistaa suurten pyörimisnopeuksien toteuttamisen, joilla signaalin poiminnan kosketusmenetelmä on mahdoton.

Ilma- ja öljymuuntajat

Muuntajien luokittelu tapahtuu muun muassa sen työympäristön mukaan, jossa induktiivisesti kytketyt käämit sijaitsevat.

Ilmamuuntajat toimivat yleensä pienemmällä teholla kuin öljymuuntajat, koska öljyn kierto varmistaa käämien paremman jäähdytyksen. Pulssi- ja suurjännitemuuntajat on päinvastoin yleensä valmistettu ilmamuuntajista, koska ensimmäisille ilman alhainen dielektrisyysvakio tarjoaa paremman pulssimuodon siirron, ja jälkimmäiselle öljyn ikääntymisen ja voimakkaan kasvun. sähkökatkon todennäköisyys näyttää olevan rajoittava tekijä.

Rakenteellisesti häviöiden vähentämiseksi öljymuuntajissa on yleensä suljettu magneettipiiri, kun taas pienitehoiset ilmamuuntajat (jota käytetään esimerkiksi elektronisissa laitteissa yhden piirin sähköiseen eristämiseen tai tehon sovittamiseen) voidaan suunnitella rakenteellisesti koaksiaalikäämeiksi, jotka sijaitsevat ferromagneettisella ytimellä.

Kolmivaiheinen muuntaja

Se on laite sähköenergian muuttamiseksi kolmivaiheiseen piiriin. Rakenteellisesti se koostuu kolmesta magneettipiirin sauvasta, jotka on yhdistetty ylemmällä ja alemmalla ikeellä. Jokaisen vaiheen korkean ja matalan jännitteen käämit laitetaan kuhunkin sauvaan.

Nimitys kaavioissa

Kaavioissa muuntaja on merkitty kuvan osoittamalla tavalla.

Yleisessä tapauksessa muuntajan sydän on kaaviomaisesti kuvattu viivalla, jonka paksuus on sama kuin sen käämeissä olevat puoliympyrät. Jos ytimen materiaalia tai rakenteellisia ominaisuuksia on tarpeen korostaa kaaviossa, sen merkinnät voivat vaihdella jonkin verran. Joten ferriittiydin on merkitty lihavoidulla viivalla. Ydin, jossa on magneettinen rako - ohut viiva, jonka keskellä on rako. Ohut katkoviiva osoittaa magnetodielektrisen ytimen. Jos käytetään ei-magneettista ydintä, esimerkiksi kuparia, niin ohuen jatkuvan viivan vieressä ydinmateriaalin nimitys kirjoitetaan kemiallisen alkuaineen symbolin muodossa: "Cu".

Kun määritetään muuntaja, jossa on paksu piste lähdön lähellä, kelojen alku voidaan ilmoittaa (ainakin kahdella kelalla, hetkellisen EMF:n merkit näissä lähdöissä ovat samat). Sitä käytetään määritettäessä välimuuntajia vahvistusvaiheissa syn- tai anti-vaiheen korostamiseksi, sekä useiden (ensisijaisten tai toisio-)käämien tapauksessa, jos niiden kytkennän "napaisuuden" noudattaminen on välttämätöntä muun piirin tai muuntajan oikea toiminta [24] . Jos käämien alkua ei ole nimenomaisesti osoitettu, oletetaan, että ne kaikki on suunnattu samaan suuntaan (yhden käämin päätyttyä seuraavan alkuun).

Kolmivaiheisten muuntajien piireissä "käämit" sijaitsevat kohtisuorassa "ytimeen" nähden (W-muotoinen, toisiokäämit ovat vastapäätä vastaavia ensiökäämiä), kaikkien käämien alku on suunnattu kohti "ydintä".

Sovellus

Useimmiten muuntajia käytetään sähköverkoissa ja eri laitteiden virtalähteissä .

Koska langan lämpöhäviöt ovat verrannollisia johdon läpi kulkevan virran neliöön , on edullista käyttää erittäin suuria jännitteitä ja pieniä virtoja siirrettäessä sähköä pitkän matkan päähän. Turvallisuussyistä ja eristysmassan vähentämiseksi jokapäiväisessä elämässä on toivottavaa käyttää ei niin korkeita jännitteitä. Siksi sähkön kannattavimpaan siirtoon sähköverkossa käytetään toistuvasti tehomuuntajia : ensinnäkin nostamaan generaattorien jännitettä voimalaitoksilla ennen sähkön siirtoa ja sitten alentamaan voimalinjan jännite hyväksyttävälle tasolle. kuluttajat.

Koska sähköverkossa on kolme vaihetta, jännitteen muuntamiseen käytetään kolmivaihemuuntajia tai kolmen yksivaiheisen muuntajan ryhmää, jotka on kytketty tähti- tai kolmiopiiriin. Kolmivaiheisella muuntajalla on yhteinen ydin kaikille kolmelle vaiheelle.

Huolimatta muuntajan korkeasta hyötysuhteesta (suurille tehomuuntajille - yli 99%), erittäin tehokkaat verkkomuuntajat vapauttavat paljon tehoa lämmön muodossa (esimerkiksi tyypilliselle 1 GW:n voimalaitosyksikölle, teho jopa muuntajassa voi vapautua useita megawatteja). Siksi sähköverkkomuuntajat käyttävät erityistä jäähdytysjärjestelmää: muuntaja sijoitetaan säiliöön, joka on täytetty muuntajaöljyllä tai erityisellä syttymättömällä nesteellä. Öljy kiertää konvektiolla tai voimalla säiliön ja tehokkaan jäähdyttimen välillä . Joskus öljyä jäähdytetään vedellä. "Kuivia" muuntajia käytetään suhteellisen pienellä teholla.

Sovellukset virtalähteissä

Sähkölaitteiden eri osien virransyöttöön tarvitaan monenlaisia jännitteitä. Useita erikokoisia jännitteitä tarvitsevien laitteiden teholähteet sisältävät muuntajia, joissa on useita toisiokäämiä tai sisältävät lisämuuntajia piirissä. Esimerkiksi televisiossa muuntajien avulla saadaan jännitteet 5 voltista (mikropiireille ja transistoreille) useisiin kilovoltteihin ( kineskoopin anodin syöttämiseksi jännitekertoimen kautta ).

Aiemmin käytettiin pääasiassa verkkojännitteen taajuudella eli 50-60 Hz toimivia muuntajia.

Nykyaikaisten radiotekniikan ja elektronisten laitteiden virtapiireissä (esimerkiksi henkilökohtaisten tietokoneiden virtalähteissä ) käytetään laajalti suurtaajuisia pulssimuuntajia. Hakkuriteholähteissä vaihtuva verkkojännite ensin tasasuunnetaan ja muunnetaan sitten invertterin avulla suurtaajuisiksi pulsseiksi. Pulssinleveysmodulaatiota ( PWM ) käyttävä ohjausjärjestelmä mahdollistaa jännitteen stabiloinnin. Sen jälkeen suurtaajuiset pulssit syötetään pulssimuuntajaan, jonka lähdössä tasasuuntauksen ja suodatuksen jälkeen saadaan vakaa vakiojännite.

Aiemmin verkkomuuntaja (50-60 Hz) oli yksi monien laitteiden raskaimmista osista. Tosiasia on, että muuntajan lineaariset mitat määräytyvät niille siirretyn tehon mukaan, ja käy ilmi, että verkkomuuntajan lineaarimitta on suunnilleen verrannollinen tehoon 1/4 tehoon. Muuntajan kokoa voidaan pienentää lisäämällä vaihtovirtataajuutta. Siksi nykyaikaiset hakkuriteholähteet, joilla on sama teho, ovat paljon kevyempiä.

50-60 Hz:n muuntajia puutteistaan huolimatta käytetään edelleen tehopiireissä tapauksissa, joissa on tarpeen varmistaa korkeataajuisten häiriöiden vähimmäistaso, esimerkiksi korkealaatuisella äänentoistolla.

Muut muuntajan sovellukset

Erotusmuuntajat (muuntajan galvaaninen eristys ). Sähköverkon nollajohdin voi olla kosketuksissa "maahan", joten kun henkilö koskettaa vaihejohtoa (sekä huonosti eristävän laitteen koteloa) ja maadoitettua esinettä, ihmiskeho sulkee sähköpiirin , mikä aiheuttaa sähköiskun vaaran. Jos laite on kytketty verkkoon muuntajan kautta, laitteen koskettaminen yhdellä kädellä on varsin turvallista, koska muuntajan toisiopiirillä ei ole yhteyttä maahan.
Pulssimuuntajat (IT). Pääsovellus on suorakaiteen muotoisen sähköpulssin siirto (maksimi jyrkkä reuna ja raja, suhteellisen vakio amplitudi ). Se muuttaa lyhytaikaisia jännitevideopulsseja, jotka yleensä toistetaan ajoittain korkealla käyttöjaksolla. Useimmissa tapauksissa IT:n päävaatimus on muunnettujen jännitepulssien muodon vääristymätön siirto; kun IT-tuloon johdetaan jonkinlainen jännite, lähdössä on toivottavaa saada samanmuotoinen jännitepulssi, mutta mahdollisesti eri amplitudi tai eri polariteetti.
Mittausmuuntajat ( virtamuuntajat, jännitemuuntajat ). Niitä käytetään mittaamaan erittäin suuria tai erittäin pieniä vaihtojännitteitä ja virtoja piireissä Releen suojaus ja automaatio .
DC-muuntaja. Itse asiassa se on magneettinen vahvistin , joka ohjaa voimakasta vaihtovirtaa pienitehoisella tasavirralla. Tasasuuntaajaa käytettäessä lähtövirta on vakio ja riippuu tulosignaalin suuruudesta.
Mittaus- ja tehomuuntajat. Niitä käytetään laajalti pienen ja keskisuuren tehon vaihtovirtapiireissä (jopa megawatti), esimerkiksi dieselgeneraattoreissa . Tällainen muuntaja on mittausvirtamuuntaja, jonka ensiökäämi on kytketty sarjaan generaattorin kuorman kanssa. Toisiokäämistä poistetaan vaihtojännite, joka tasasuuntaajan jälkeen syötetään roottorin esijännityskäämiin. (Jos generaattori on kolmivaiheinen, on käytettävä myös kolmivaiheista muuntajaa). Siten generaattorin lähtöjännitteen stabilointi saavutetaan - mitä suurempi kuorma, sitä vahvempi bias-virta ja päinvastoin.

Sopivat muuntajat . Ensiö- ja toisiokäämien jännitteen ja virran muuntamisen laeista voidaan nähdä, että ensiökäämin puolelta katsottuna toisiokäämin resistanssi näyttää monta kertaa suuremmalta. Siksi sovittavia muuntajia käytetään kytkemään matalaresistanssinen kuorma elektronisten laitteiden kaskadeihin, joilla on korkea tulo- tai lähtöimpedanssi . Esimerkiksi äänitaajuusvahvistimen lähtöasteella voi olla korkea lähtöimpedanssi , varsinkin jos se on asennettu lamppujen päälle , kun taas kaiuttimilla on erittäin pieni impedanssi. Sovitusmuuntajat ovat myös erittäin hyödyllisiä suurtaajuuslinjoilla , joissa linja- ja kuormitusimpedanssierot johtaisivat signaalin heijastuksiin linjan päissä ja siten suuriin häviöihin. $\textstyle \left(I_{1}={\frac {{I_{2}}{W_{2}}}{W_{1}}},U_{1}={\frac {{U_{ 2}}{W_{1}}}{W_{2}}}\oikea)$ $\textstyle \left({\frac {W_{1}}{W_{2}}}\oikea)^{2}$
Vaiheenvaihtomuuntajat . Muuntaja lähettää vain signaalin muuttuvan komponentin, joten vaikka kaikilla piirin tasajännitteillä olisi sama etumerkki suhteessa yhteiseen johtimeen, muuntajan toisiokäämin lähdössä oleva signaali sisältää sekä positiivista että negatiivista puoliaallot, lisäksi, jos muuntajan toisiokäämin keskipiste on kytketty yhteiseen johtimeen , tämän käämin kahdessa ääripäässä olevalla jännitteellä on vastakkainen vaihe . Ennen laajalti saatavilla olevien bipolaaristen npn - transistoreiden tuloa vaiheinvertoivia muuntajia käytettiin vahvistimien push-pull-lähtöasteessa vastakkaisen napaisuuden signaalien syöttämiseen kaskadin kahden transistorin kannalle. Lisäksi, koska "putkia, joissa on vastakkainen elektronivaraus" puuttuu, tarvitaan vaiheenvaihtomuuntaja putkivahvistimissa , joissa on push-pull-lähtöaste.

Hyödyntäminen

Käyttöikä

Muuntajan käyttöikä voidaan jakaa kahteen luokkaan:

Taloudellinen käyttöikä - Taloudellinen käyttöikä päättyy, kun olemassa olevan muuntajan jatkuvan käytön aktivoidut menot ylittävät kyseisen muuntajan käytöstä saatujen tulojen aktivoidut kustannukset. Tai muuntajan (omaisuutena) taloudellinen käyttöikä päättyy, kun sen avulla tapahtuvan energian muuntamisen yksikkökustannukset ovat korkeammat kuin vastaavien palveluiden yksikkökustannukset energianmuuntomarkkinoilla.
Tekninen käyttöikä

Työskentely rinnakkain

Muuntajien rinnakkaista toimintaa tarvitaan hyvin yksinkertaisesta syystä. Alhaisella kuormituksella tehokkaassa muuntajassa on suuret tyhjäkäyntihäviöt, joten sen tilalle kytketään useita pienempiä muuntajia, jotka sammutetaan, jos niitä ei tarvita.

Kun kaksi tai useampia muuntajia kytketään rinnan, vaaditaan seuraava [25] :

Vain muuntajat, joilla on sama kulmavirhe ensiö- ja toisiojännitteen välillä, voivat toimia rinnakkain.
Napat, joilla on sama napaisuus korkea- ja matalajännitepuolella, on kytkettävä rinnan [26] .
Muuntajien tulee olla suunnilleen sama jännitesuhde.
Oikosulkuimpedanssin jännitteen on oltava sama ±10 %:n sisällä.
Muuntajien tehosuhde ei saa poiketa enempää kuin 1:3.
Kierroslukujen kytkimien tulee olla asennoissa, joissa jännitteen vahvistus on mahdollisimman lähellä.

Toisin sanoen tämä tarkoittaa, että tulisi käyttää kaikkein samankaltaisimpia muuntajia. Identtiset muuntajamallit ovat paras vaihtoehto. Poikkeamat yllä olevista vaatimuksista ovat mahdollisia asiaankuuluvaa tietoa käyttämällä.

Taajuus

Samoilla ensiöjännitteillä 50 Hz :lle suunniteltua muuntajaa voidaan käyttää 60 Hz:llä, mutta ei päinvastoin. Tässä tapauksessa on otettava huomioon, että liitetyt sähkölaitteet voi olla tarpeen vaihtaa. Nimellistaajuutta pienemmällä taajuudella magneettipiirin induktio kasvaa, mikä voi johtaa sen kyllästymiseen ja seurauksena jyrkkään kuormittamattoman virran kasvuun ja sen muodon muutokseen. Nimellisarvoa suuremmalla taajuudella loisvirtojen suuruus magneettipiirissä kasvaa, magneettipiirin ja käämien kuumeneminen lisääntyy, mikä johtaa nopeutuneeseen ikääntymiseen ja eristeen tuhoutumiseen.

Muuntajan jännitteen säätö

Sähköverkon kuormituksesta riippuen sen jännite muuttuu . Kuluttajien sähkövastaanottimien normaalin toiminnan kannalta on välttämätöntä, että jännite ei poikkea määritetystä tasosta enempää kuin sallitut rajat, ja siksi käytetään erilaisia menetelmiä verkon jännitteen säätelyyn [27] .

Muuntajan eristys

Muuntajan eristys menettää lujuutensa käytön aikana lämpötilan vaikutuksesta. Nykyisten korjausten aikana on tarpeen valvoa aktiivisen osan ja muuntajaöljyn eristyksen kuntoa sähkölaitteiden testausstandardien mukaisesti. Muuntajan eristyksen ominaisuudet merkitään muuntajan passiin [28] .

Vianetsintä

Vian tyyppi	Syy
Ylikuumentua	Ylikuormitus
Ylikuumentua	Alhainen öljytaso
Ylikuumentua	päättäminen
Ylikuumentua	Riittämätön jäähdytys
Hajota	Ylikuormitus
Hajota	Öljyn saastuminen
Hajota	Alhainen öljytaso
Hajota	Käännä eristyksen ikääntyminen
kallio	Huono juotteen laatu
kallio	Voimakkaat sähkömekaaniset muodonmuutokset oikosulun aikana
Lisääntynyt humina	Laminoidun magneettipiirin puristamisen heikkeneminen
Lisääntynyt humina	Ylikuormitus
Lisääntynyt humina	Epätasapainoinen kuorma
Lisääntynyt humina	Oikosulku käämissä
Ilman ulkonäkö kaasureleessä (termosifonisuodattimella)	Termosifonisuodatin on tukossa, ilma tulee kaasureleeseen tulpan kautta

Ylijännitemuuntaja

Käytön aikana muuntajat voivat joutua alttiiksi jännitteille, jotka ylittävät niiden toimintaparametrit. Nämä ylitykset luokitellaan kestonsa mukaan kahteen ryhmään:

Lyhytaikainen ylijännite on tehotaajuusjännite, jonka suhteellinen kesto vaihtelee alle 1 sekunnista useisiin tunteihin.
Transientti ylijännite - transientti ylijännite, joka vaihtelee nanosekunneista useisiin millisekunteihin. Nousuaika voi vaihdella muutamasta nanosekunnista muutamaan millisekuntiin. Transientti ylijännite voi olla värähtelevää ja ei-värähtelevää. Niillä on yleensä yksisuuntainen toiminta.

Muuntaja voidaan myös altistaa transientti- ja transienttiylijännitteiden yhdistelmälle. Transienttiylijännitteet voivat seurata välittömästi transientteja ylijännitteitä.

Ylijännitteet luokitellaan kahteen pääryhmään niiden alkuperän perusteella:

Ilmakehän vaikutuksista johtuvat ylijännitteet . Useimmiten ohimeneviä ylijännitteitä syntyy salaman seurauksena muuntajaan kytkettyjen suurjännitesiirtolinjojen läheisyydessä, mutta joskus salama voi iskeä muuntajaan tai itse siirtojohtoon. Jännitteen huippuarvo riippuu salamaimpulssivirrasta ja on tilastollinen muuttuja. Yli 100 kA:n salamaimpulssivirrat on rekisteröity. Suurjännitelinjoilla tehtyjen mittausten mukaan salamaimpulssivirtojen huippuarvo on 50 %:ssa tapauksista 10-20 kA. Etäisyys muuntajan ja salamaimpulssin iskupisteen välillä vaikuttaa muuntajaan osuvan impulssin nousuaikaan, mitä lyhyempi etäisyys muuntajaan, sitä lyhyempi aika.
Sähköjärjestelmän sisällä syntynyt ylijännite . Tämä ryhmä kattaa sekä lyhytaikaiset että ohimenevät ylijännitteet, jotka johtuvat voimajärjestelmän käyttö- ja kunnossapitoolosuhteiden muutoksista. Nämä muutokset voivat johtua kytkentäprosessin rikkomisesta tai viasta. Tilapäiset ylijännitteet johtuvat maavioista, kuorman irtoamisesta tai matalataajuisista resonanssiilmiöistä. Transienttiylijännitteitä esiintyy, kun järjestelmä on usein irrotettu tai kytkettynä. Niitä voi esiintyä myös ulkoisen eristeen syttyessä. Reaktiivista kuormaa kytkettäessä transienttijännite voi nousta jopa 6-7-kertaiseksi katkaisijan transienttivirran lukuisten katkosten vuoksi pulssin nousuajalla jopa muutaman mikrosekunnin murto-osan verran.

Muuntajan kyky kestää jännitteitä

Muuntajien on läpäistävä tietyt dielektrisyystestit ennen tehtaalta lähtöä . Näiden testien läpäiseminen osoittaa muuntajan keskeytymättömän toiminnan todennäköisyyden.

Testit on kuvattu kansainvälisissä ja kansallisissa standardeissa . Testatut muuntajat vahvistavat korkean toimintavarmuuden.

Lisäedellytys korkealle luotettavuudelle on hyväksyttävien ylijänniterajojen asettaminen, koska muuntaja voi toiminnan aikana altistua koeolosuhteisiin verrattuna vakavammille ylijännitteille.

On tarpeen korostaa kaikenlaisten sähköjärjestelmässä mahdollisesti esiintyvien ylijännitteiden suunnittelun ja kirjanpidon äärimmäistä merkitystä. Tämän ehdon normaaliksi täyttymiseksi on tarpeen ymmärtää erityyppisten ylijännitteiden alkuperä. Erilaisten ylijännitteiden suuruus on tilastollinen muuttuja. Tilastollinen muuttuja on myös eristeen kyky sietää jännitteitä.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ 1 2 GOST 16110-82. Tehomuuntajat. Termit ja määritelmät.
↑ Patentti keksinnölle 809451, Neuvostoliitto. 03.01.78.
↑ 1 2 3 Kharlamova T. E. Tieteen ja tekniikan historia. Sähköteollisuus . Oppikirja Pietari: SZTU, 2006. 126 s.
↑ 1 2 Kislitsyn A.L. Transformers: Oppikirja kurssille "Elektromekaniikka" .- Uljanovsk: UlGTU, 2001. - 76, ISBN 5-89146-202-8
↑ Ranskalainen patentti nro 115793 Jablochkoffin nimissä, päivätty 30. marraskuuta 1876, otsikolla "Disposition de courants, destinée à l'éclairage par la lumière électrique", sen alaviite on seuraavassa painoksessa: Subject-Matter Index of Patents of Patents Keksinnöt (Brevets D 'Invention) myönnetty Ranskassa 1791-1876 mukaan lukien . - Washington, 1883. - S. 248.
↑ Ph.D. Savintsev Yu. M. Tehomuuntajat: kehityksen tärkeimmät virstanpylväät // 25.01.2010
↑ D.t.n., prof. Popov G. V. Tehomuuntaja: evoluution vaiheet osoitteessa transform.ru /2.08.2008/
↑ 1 2 Muuntajan historia Arkistoitu kopio 2. tammikuuta 2009 Wayback Machinessa // energoportal.ru / saatavilla 08.02.2008 / (pääsemätön linkki 22.5.2013 [3451 päivää] - historia , kopio )
↑ Kelaimet. Tehomuuntajan periaatteet ja sovellukset . - s. 20-21.
↑ Tolmachev - luento 8
↑ Muuntajan käämien absoluuttista kierroslukua ei voida valita mielivaltaisesti, vain vaaditun muunnossuhteen perusteella. Se riippuu tärkeästä suunnitteluparametrista - kierrosten lukumäärästä 1 volttia kohden (tai käänteisarvosta - yhden kierroksen tehollisesta EMF: stä ), joka puolestaan riippuu ytimen poikkileikkauksesta ja viime kädessä sen kokonaistehosta. muuntaja . (Lisätietoja on kohdassa Toissijainen virtalähde#Transformaattorin mitat ). Lisäksi oikean muuntajan kierroslukua korjataan ottamaan huomioon sydämen ja käämien energiahäviöt.
↑ Flanagan, William M. Handbook of Transformer Design and Applications . - McGraw-Hill Education , 1993. - P. Chap. 1, s. 1-2. — ISBN 0070212910 .
↑ Kitaev V.E. Transformers. Korkeakoulu, M: 1974.
↑ 1 2 http://model.expponenta.ru/electro/0070.htm Arkistokopio , päivätty 30. maaliskuuta 2009 Wayback Machinessa Dubovitsky G.P. Transformers
↑ ABB Transformer Handbook // ABB.com
↑ GOST 11677-85. TEHOMUUNTAJAT: Yleiset tiedot
↑ Katsman M. M. Sähkökoneet ja muuntajat. Sähkö- ja energiaalan ammattikorkeakoulujen oppikirja. M., "Higher School", 1971, 416 s.
↑ Kuitenkin teholähteissä käytettävää muuntajaa, jonka teho on pieni (useita watteja), kutsutaan myös tehoksi.
↑ Benzar-sanakirja
↑ GOST 30030-93 Erotusmuuntajat ja turvaeristysmuuntajat. Tekniset tiedot (IEC 742-83)
↑ Assosiatiivinen tallennuslaite - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta (3. painos)
↑ Ei pidä sekoittaa "transfluktoriin", joka toimii suodattimena.
↑ Radio-lehti, nro 2, 1989, s. 40.
↑ Esimerkiksi useiden toisiokäämien jännitteiden summaamiseksi ne tulee kytkeä sarjaan siten, että yhden käämin pää on kytketty toisen alkuun. (Päinvastoin, jos yhdistät yhden käämin pään toisen päähän, niin äärimmäisissä johtopäätöksissä niiden jännitteissä on ero, mikä on myös joskus tarpeen). Ja useiden käämien virran summaamiseksi (identtinen kierrosten lukumäärässä ja langan paksuudessa!), Sinun on kytkettävä ne rinnakkain täsmälleen näin: yhdistä kaikki alkukohdat yhdessä pisteessä ja kaikki päät toisessa.
↑ IEC 60076-8. Tehomuuntajat - Sovellusopas, kohta 6, sivut 81-91.
↑ Eli kaikki alkukohdat on kytkettävä yhteen pisteeseen ja toisessa pisteessä kaikki ensiökäämien päät, sama toisiokäämien kohdalla.
↑ Rozhkova L. D., Kozulin V. S. Asemien ja sähköasemien sähkölaitteet: Oppikirja teknisille kouluille. - 3. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä — M.: Energoatomizdat, 1987. — 648 s.: ill. BBK 31.277.1 R63
↑ Fedorov A. A., Popov Yu. P. Teollisuusyritysten sähkölaitteiden käyttö. - M .: Energoatomizdat, 1986. - Levikki 35 000 kappaletta. - Kanssa. 229

Kirjallisuus

Sapožnikov A. V. Muuntajien suunnittelu. M.: Gosenergoizdat . 1959.
Piotrovsky L. M. Sähkökoneet, L., " Energia ", 1972.
Woldek A. I. Sähkökoneet, L., "Energia", 1974
Tikhomirov P.M. Muuntajien laskenta. Oppikirja yliopistoille. M.: Energy, 1976. - 544 s.
Muuntajien ja reaktorien sähkömagneettiset laskelmat. - M .: Energia, 1981-392 s.
Sähkökoneet: Muuntajat: Yliopistojen sähkömekaanisten erikoisalojen oppikirja / B. N. Sergeenkov, V. M. Kiselev, N. A. Akimova; Ed. I.P. Kopylova . - M .: Korkeampi. koulu, 1989-352 s. ISBN 5-06-000450-3
Tehomuuntajat. Viitekirja / Toim. S.D. Lizunova, A.K. Lokhanina . M .: Energoizdat 2004. - 616, ISBN 5-98073-004-4
Atabekov G. I. Ketjujen teorian perusteet, Lan, Pietari, - M., - Krasnodar, 2006.
Kotenev SV, Evseev AN Toroidimuuntajien laskenta ja optimointi. - M . : Hot line - Telecom, 2011. - 287 s. - 1000 kappaletta. - ISBN 978-5-9912-0186-5 .
Evseev A. N. Toroidimuuntajien ja kuristimien laskenta ja optimointi. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M . : Hot line - Telecom, 2017. - 368 s. -500 kappaletta . - ISBN 978-5-9912-0618-1 .
V. G. Gerasimov, E. V. Kuznetsov, O. V. Nikolaeva. Sähkö ja elektroniikka. Kirja. 1. Sähköiset ja magneettiset piirit. - M .: Energoatomizdat, 1996. - 288 s. — ISBN 5-283-05005-X .

määräyksiä

GOST 7746-2001. Virtamuuntajat. Yleiset tiedot . Liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian virasto (1. tammikuuta 2003). Käyttöpäivä: 25. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)
GOST 18685-73. Virta- ja jännitemuuntajat. Termit ja määritelmät . Liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian virasto (1. heinäkuuta 1974). Käyttöpäivä: 25. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)
GOST 1983-2001. Jännitemuuntajat. Yleiset tiedot . Liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian virasto (1. tammikuuta 2003). Käyttöpäivä: 25. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)
GOST 8.216-88. Valtion järjestelmä mittausten yhtenäisyyden varmistamiseksi. Jännitemuuntajat. Varmistusmenetelmä . Liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian virasto (1. tammikuuta 1989). Käyttöpäivä: 25. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)
GOST 8.217-2003. Valtion järjestelmä mittausten yhtenäisyyden varmistamiseksi. Virtamuuntajat. vahvistusmenetelmä. . Liittovaltion teknisten määräysten ja metrologian virasto (1. huhtikuuta 2004). Käyttöpäivä: 25. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)

Linkit

Sähkömuuntaja // Topsel - Uzhenye. - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1956. - S. 151-155. - ( Great Soviet Encyclopedia : [51 nidettä] / päätoimittaja B. A. Vvedensky ; 1949-1958, v. 43).
Muuntajan perusmääritelmät ja toimintaperiaate
Muuntajien luokitus // radiolamp.ru
Dubovitsky G.P. Transformers
Muuntajat. Hakemisto.
Muuntajien ja automuuntajien symbolisen aakkosnumeerisen merkinnän purkaminen

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Bibliografisissa luetteloissa
BNF : 11933696q GND : 4130713-6 J9U : 987007538472905171 LCCN : sh85042014 NDL : 00563086 NKC : ph126713

Muuntajien tyypit
Tehomuuntaja automaattimuuntaja Transreaktori Virtamuuntaja jännitemuuntaja pulssimuuntaja Eristävä muuntaja huippumuuntaja

Elektroniset komponentit
Passiivinen	Vastus Muuttuva vastus Trimmerin vastus Varistori valovastus Kondensaattori säädettävä kondensaattori Trimmerin kondensaattori Varikond Induktori Muuntaja Kvartsi resonaattori Sulake Nollattava sulake Memristor vaihtokauppa
Aktiivinen kiinteä tila	Diodi Valodiodi Valodiodi laserdiodi Schottky diodi zener diodi Stabistori Varicap Magnetodiodi Diodi silta Gunn diodi tunneli diodi Avalanche diodi Lumivyörydiodi Transistori bipolaarinen transistori Kenttätransistori CMOS-transistori unijunction transistori Valotransistori Komposiittitransistori ballistinen transistori Integroitu virtapiiri Digitaalinen integroitu piiri Analoginen integroitu piiri Analoginen-digitaalinen integroitu piiri integroitu hybridipiiri Tyristori Triac Dinistor fototyristori Optoerotin ( vastus optoerotin ) Hall anturi
Aktiivinen tyhjiö ja kaasupurkaus	Tyhjiölamput Sähkötyhjiödiodi ( Kenotron ) Triodi tetrodi palkki tetrodi Pentode heksod Heptod ( Pentagrid ) lokakuu Nonod mekatroni Purkauslamput zener diodi Thyratron Ignitron Krytron Trigatron Decathron Magnetron Klystron Amplitron ( Platinotron ) Matkustava aaltolamppu Backwave lamppu Katodisädeputki
Näyttölaitteet	Katodisädeputki LCD-näyttö Valodiodi Purkauksen ilmaisin Tyhjiöfluoresoiva ilmaisin Blinker tulostaulu Seitsemän segmentin ilmaisin Matriisi-indikaattori Kineskooppi
Akustinen	Mikrofoni Kaiutin Venymämittari Pietsokeraaminen emitteri Summeri puhelinkapseli
Lämpösähköinen	Termistori Termopari Peltier-elementti