Transformatör türleri

Bir transformatör, ortak bir manyetik devre üzerinde bulunan ve dolayısıyla endüktif olarak birbirine bağlı iki ila birkaç bobin içeren statik bir elektromanyetik cihazdır. Elektrik enerjisini alternatif akımdan elektromanyetik indüksiyon yoluyla akımın frekansını değiştirmeden dönüştürmek için bir transformatör görevi görür. Transformatörler hem AC voltaj dönüştürme hem de Galvanik izolasyon elektrik ve elektronik mühendisliğinin çeşitli alanlarında.

Adil olmak gerekirse, bazı durumlarda transformatörün yalnızca bir sargı (otomatik transformatör) içerebileceğini ve çekirdeğin tamamen bulunmayabileceğini (HF - transformatör) not ediyoruz, ancak transformatörlerin çoğunda bir çekirdek (manyetik devre) bulunur. yumuşak manyetik ferromanyetik malzemeve ortak bir manyetik akı ile kaplanmış iki veya daha fazla yalıtılmış bant veya tel bobin, ancak her şeyden önce. Ne tür transformatörler olduklarına, nasıl düzenlendiklerine ve ne için kullanıldıklarına bakalım.

Güç transformatörü

Bu tür düşük frekanslı (50-60 Hz) transformatörler, elektrik şebekelerinde ve ayrıca elektrik enerjisinin alınması ve dönüştürülmesi için kurulumlarda kullanılır. Neden güç denir? Çünkü voltajın 1150 kV'a ulaşabileceği elektrik hatlarından elektrik alıp-vermek için kullanılan bu tip trafolardır.

Kentsel elektrik şebekelerinde voltaj 10 kV'a ulaşır. Tam olarak güçlü düşük frekanslı transformatörler voltaj ayrıca tüketicilerin ihtiyaç duyduğu 0,4 kV, 380/220 volta düşer.

Yapısal olarak, tipik bir güç transformatörü, bazı düşük voltajlı sargıların paralel olarak beslendiği (bölünmüş sargılı transformatör) bir zırhlı elektrikli çelik çekirdek üzerinde düzenlenmiş iki, üç veya daha fazla sargı içerebilir.

Bu, birden fazla jeneratörden alınan voltajı aynı anda yükseltmek için kullanışlıdır. Kural olarak, güç transformatörü, transformatör yağı olan bir tanka yerleştirilir ve özellikle güçlü numuneler söz konusu olduğunda, aktif bir soğutma sistemi eklenir.

Trafo merkezlerinde ve enerji santrallerinde 4000 kVA'ya kadar kapasiteye sahip üç fazlı güç trafoları kurulur. Kayıplar üç tek faza göre %15'e kadar daha az elde edildiğinden, üç faz daha yaygındır.

Şebeke trafosu

1980'lerde ve 1990'larda, hemen hemen her elektrikli cihazda hat transformatörleri bulunabilirdi. Bir şebeke trafosu (genellikle tek fazlı) yardımıyla, 50 Hz frekanslı 220 voltluk bir ev şebekesinin gerilimi elektrikli bir cihazın ihtiyaç duyduğu seviyeye, örneğin 5, 12, 24 veya 48 volta düşürülür.

Hat transformatörleri, devrenin farklı bölümlerine güç sağlamak için birden çok voltaj kaynağının kullanılabilmesi için genellikle birden çok sekonder sargı ile yapılır. Özellikle, TN (akkor trafo) transformatörleri, radyo tüplerinin bulunduğu devrelerde her zaman bulunabilir (ve hala bulunabilir).

Modern hat transformatörleri, üzerine bobinlerin sarıldığı bir dizi elektrikli çelik levhanın W-şekilli, çubuk-şekilli veya toroidal çekirdekleri üzerine inşa edilir. Manyetik devrenin toroidal şekli, daha kompakt bir transformatör elde etmeyi mümkün kılar.

Aynı toplam güce sahip toroidal ve W-şekilli çekirdeklere sahip transformatörleri karşılaştırırsak, toroidal daha az yer kaplar, ayrıca toroidal manyetik devrenin yüzeyi tamamen sargılarla kaplıdır, olduğu gibi boş boyunduruk yoktur. zırhlı W şeklinde veya çubuk benzeri çekirdeklere sahip kasa. Elektrik şebekesi, özellikle 6 kW'a kadar güce sahip kaynak transformatörlerini içerir. Şebeke trafoları elbette düşük frekanslı trafolar olarak sınıflandırılır.

Otomatik Dönüştürücü

Bir tür düşük frekanslı transformatör, ikincil sargının birincilin bir parçası olduğu veya birincilin ikincilin bir parçası olduğu bir ototransformatördür. Yani ototransformatörde sargılar sadece manyetik olarak değil elektriksel olarak da bağlanır. Bir bobinden birkaç uç yapılır ve yalnızca bir bobinden farklı voltajlar almanıza izin verir.

Sargılar için daha az tel, çekirdek için daha az çelik kullanıldığından ve sonuç olarak ağırlık, geleneksel bir transformatörden daha az olduğundan, ototransformatörün ana avantajı daha düşük maliyetidir.Dezavantajı, bobinlerin galvanik izolasyonunun olmamasıdır.

Ototransformatörler, otomatik kontrol cihazlarında kullanıldığı gibi yüksek gerilim elektrik şebekelerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik şebekelerinde üçgen veya yıldız bağlantılı üç fazlı ototransformatörler günümüzde büyük talep görmektedir.

Güç ototransformatörleri, yüzlerce megavata varan kapasitelerde mevcuttur. Ototransformatörler, güçlü AC motorları çalıştırmak için de kullanılır. Otomatik dönüştürücüler, özellikle düşük dönüştürme oranları için kullanışlıdır.

Laboratuvar ototransformatörü

Bir ototransformatörün özel bir durumu, bir laboratuvar ototransformatörüdür (LATR). Kullanıcıya sağlanan voltajı sorunsuz bir şekilde ayarlamanızı sağlar. LATR tasarımı toroidal trafo dönüşten dönüşe yalıtılmamış bir "iz" olan tek bir sargı ile, yani sargının her bir dönüşüne bağlanmak mümkündür. Palet teması, döner bir düğme tarafından kontrol edilen kayan bir karbon fırça ile sağlanır.

Böylece yük üzerinde farklı büyüklüklerde etkin gerilim elde edebilirsiniz. Tipik tek fazlı sürücüler, 0 ila 250 volt ve üç fazlı - 0 ila 450 volt arasındaki voltajları kabul etmenize izin verir. 0,5 ila 10 kW gücündeki LATR'ler, elektrikli ekipmanın ayarlanması amacıyla laboratuvarlarda çok popülerdir.

Akım trafosu

Akım trafosu Primer sargısı bir akım kaynağına, sekonder sargısı ise iç direnci düşük koruyucu veya ölçü aletlerine bağlanan transformatöre denir. En yaygın akım trafosu türü, bir enstrüman akım trafosudur.

Akım trafosunun birincil sargısı (genellikle sadece bir tur, bir tel), alternatif akımı ölçmek istediğiniz devreye seri olarak bağlanır. Sekonder sargının akımının primerin akımıyla orantılı olduğu ortaya çıkarken, sekonder sargının mutlaka yüklenmesi gerekir, çünkü aksi halde sekonder sargının voltajı yalıtımı kıracak kadar yüksek olabilir. Ayrıca, CT'nin sekonder sargısı açılırsa, manyetik devre indüklenen kompanze edilmemiş akımlardan basitçe yanacaktır.

Akım trafosunun yapısı, üzerine bir veya daha fazla yalıtılmış sekonder sargının sarıldığı lamine silikon soğuk haddelenmiş elektrik çeliğinden yapılmış bir çekirdektir. Birincil sargı genellikle basit bir bara veya manyetik devrenin penceresinden geçen ölçülen bir akıma sahip bir teldir (bu arada, bu prensip şu şekilde kullanılır: pens metre).Bir akım trafosunun temel özelliği dönüştürme oranıdır, örneğin 100/5 A.

Akım trafoları, akım ölçümünde ve röle koruma devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ölçülen ve sekonder devreler birbirinden galvanik olarak izole edildiğinden güvenlidirler. Tipik olarak, endüstriyel akım trafoları, biri koruyucu cihazlara, diğeri metre gibi bir ölçüm cihazına bağlı iki veya daha fazla sekonder sargı grubu ile üretilir.

darbe trafosu

Hemen hemen tüm modern şebeke güç kaynaklarında, çeşitli invertörlerde, kaynak makinelerinde ve diğer güçlü ve düşük güçlü elektrik dönüştürücülerde darbe transformatörleri kullanılmaktadır.Bugün, darbe devreleri, ağır düşük frekanslı transformatörleri neredeyse tamamen lamine çelik çekirdeklerle değiştirmiştir.

Tipik bir darbe transformatörü, bir ferrit çekirdekli transformatördür. Çekirdeğin şekli (manyetik devre) tamamen farklı olabilir: halka, çubuk, fincan, W şeklinde, U şeklinde. Ferritlerin transformatör çeliğine göre avantajı açıktır - ferrit bazlı transformatörler 500 kHz veya daha yüksek frekanslarda çalışabilir.

Darbe transformatörü yüksek frekanslı bir transformatör olduğundan, frekans arttıkça boyutları önemli ölçüde azalır. Sargılar için daha az tel gerekir ve alan akımı, birincil döngüde yüksek frekanslı bir akım elde etmek için yeterlidir, IGBT veya darbeli güç kaynağı devresinin topolojisine bağlı olarak bazen birkaç çift kutuplu transistör (ileri - 1, itme-çekme - 2, yarım köprü - 2, köprü - 4).

Adil olmak gerekirse, bir ters güç kaynağı devresi kullanılıyorsa, ikincil devrede elektrik biriktirme ve serbest bırakma işlemleri zamanla ayrıldığından, yani ilerlemediğinden, transformatörün esasen bir çift bobin olduğunu not ediyoruz. aynı anda, bu nedenle, geri dönüş kontrol devresi ile, yine de bir bobindir, ancak bir transformatör değildir.

Transformatörlü ve ferrit bobinli darbe devreleri, enerji tasarruflu lambaların balastlarından ve çeşitli cihazların şarj cihazlarından kaynak makinelerine ve güçlü invertörlere kadar bugün her yerde bulunur.

darbe akım trafosu

Darbe devrelerindeki akımın büyüklüğünü ve (veya) yönünü ölçmek için, genellikle tek sargılı, genellikle halka şeklinde (toroidal) bir ferrit çekirdek olan darbe akımı transformatörleri kullanılır.Akımın inceleneceği çekirdeğin halkasından bir tel geçirilir ve bobinin kendisi bir direnç üzerine yüklenir.

Örneğin, halka 1000 tur tel içerir, bu durumda birincil (dişli tel) ve ikincil sargının akımlarının oranı 1000'e 1 olacaktır. Halkanın sargısı bilinen bir değere sahip bir direnç üzerine yüklenirse, o zaman boyunca ölçülen voltaj bobinin akımıyla orantılı olacaktır, bu da ölçülen akımın bu direnç üzerinden geçen akımın 1000 katı olduğu anlamına gelir.

Endüstri, farklı dönüşüm oranlarına sahip darbe akım trafoları üretir. Tasarımcının böyle bir transformatöre yalnızca bir direnç ve bir ölçüm devresi bağlaması gerekir. Akımın büyüklüğünü değil, yönünü bilmek istiyorsanız, o zaman akım trafosunun sargısı iki zıt zener diyot tarafından şarj edilir.

Elektrik makineleri ve transformatörler arasındaki iletişim

Elektrik transformatörleri, eğitim kurumlarının tüm elektrik mühendisliği uzmanlık dallarında işlenen elektrik makinesi derslerinde her zaman yer almaktadır. Özünde, bir elektrik transformatörü bir elektrik makinesi değil, bir elektrikli aparattır, çünkü varlığı bir mekanizma türü olarak herhangi bir makinenin karakteristik özelliği olan hareketli parçalar yoktur.Bu nedenle, bahsedilen kurslar, yanlış anlaşılmalara mahal vermemek adına “elektrik makineleri ve elektrik trafoları dersleri” olarak adlandırılmalıdır.

Transformatörlerin tüm elektrikli makine kurslarına dahil edilmesinin iki nedeni vardır.Biri tarihsel bir kökene sahip: AC elektrik makinelerini üreten aynı fabrikalar aynı zamanda transformatörler de ürettiler, çünkü yalnızca transformatörlerin varlığı AC makinelere DC makinelere göre bir avantaj sağladı ve bu da sonuçta endüstride baskın olmalarına yol açtı. Ve şimdi transformatörsüz büyük bir AC tesisatı hayal etmek imkansız.

Ancak alternatif akım makineleri ve trafo üretiminin gelişmesiyle birlikte trafo üretiminin özel trafo fabrikalarında yoğunlaştırılması gerekli hale geldi. Gerçek şu ki, alternatif akımın transformatörler kullanılarak uzun mesafelere iletilmesi olasılığı nedeniyle, transformatörlerin yüksek voltajındaki artış, alternatif akım elektrik makinelerinin voltajındaki artıştan çok daha hızlıydı.

Alternatif akım elektrik makinelerinin mevcut geliştirme aşamasında, onlar için en yüksek rasyonel voltaj 36 kV'dur. Aynı zamanda fiilen uygulanan elektrik trafolarındaki en yüksek gerilim 1150 kV'a ulaştı. Bu tür yüksek trafo voltajları ve bunların yıldırıma maruz kalan havai enerji hatlarında çalıştırılması, elektrikli makinelere yabancı olan çok özel trafo sorunlarına yol açmıştır.

Bu, elektrik mühendisliğinin teknolojik sorunlarından o kadar farklı teknolojik sorunların üretilmesine yol açtı ki, transformatörlerin bağımsız üretime ayrılması kaçınılmaz hale geldi. Böylece birinci sebep olan - trafoları elektrik makinelerine yakınlaştıran endüstriyel bağlantı - ortadan kalktı.

İkinci sebep temel niteliktedir ve uygulamada kullanılan elektrik transformatörlerinin yanı sıra elektrik makinelerinin de esas alınmasından oluşur. elektromanyetik indüksiyon ilkesi (Faraday yasası), — aralarında sarsılmaz bir bağ olarak kalır. Aynı zamanda, alternatif akım makinelerindeki birçok olayı anlamak için, transformatörlerde meydana gelen fiziksel süreçlerin bilgisi kesinlikle gereklidir ve dahası, geniş bir alternatif akım makineleri sınıfının teorisi, teoriye indirgenebilir. transformatörler, böylece teorik değerlendirmelerini kolaylaştırır.

Bu nedenle, alternatif akım makineleri teorisinde, transformatör teorisi güçlü bir yer tutar, ancak bundan, transformatörlerin elektrik makineleri olarak adlandırılabileceği sonucu çıkmaz. Ayrıca, transformatörlerin elektrikli makinelerden farklı bir hedef belirleme ve enerji dönüşüm sürecine sahip olduğu da unutulmamalıdır.

Bir elektrik makinesinin amacı mekanik enerjiyi elektrik enerjisine (jeneratör) veya tersine elektrik enerjisini mekanik enerjiye (motor) dönüştürmektir, bu arada bir transformatörde bir tür alternatif akım elektrik enerjisinin alternatif akıma dönüştürülmesiyle uğraşıyoruz. mevcut elektrik enerjisi. farklı bir akım.