Klasikinis įtampos transformatorius (VT) yra prietaisas, kuris vieną vertę paverčia kita. Procesą lydi dalinis galios praradimas, tačiau jis yra pateisinamas situacijose, kai būtina pakeisti įvesties signalo parametrus. Projektuojant tokį transformatorių, yra numatyti apvijos elementai, teisingai apskaičiuojant, kuriuos galima gauti reikiamą išėjimo įtampą.
Veikimo tikslas ir principas
Pagrindinis įtampos transformatorių tikslas yra konvertuoti įvesties signalą į vartotojo užduočių nurodytą lygį - kai reikia sumažinti arba padidinti darbinį potencialą. Tai galima pasiekti dėl elektromagnetinės indukcijos principo, kurį kaip įstatymą suformulavo mokslininkai Faraday ir Maxwell. Pasak jo, bet kurioje kilpoje, esančioje arti kito panašaus laido posūkio, EMF yra indukuojamas srove, proporcinga juos įsiskverbiančios magnetinės indukcijos srautui. Šios indukcijos dydis antrinėje transformatoriaus apvijoje (susidedančioje iš daugybės tokių posūkių) priklauso nuo srovės pirminėje grandinėje ir nuo posūkių skaičiaus abiejose ritėse.
Srovė transformatoriaus antrinėje apvijoje ir įtampa prie jos prijungtos apkrovos nustatoma tik pagal abiejų ritinių posūkių skaičiaus santykį. Elektromagnetinės indukcijos dėsnis leidžia teisingai apskaičiuoti prietaiso, kuris perduoda galią iš įėjimo į išėjimą, norimą srovės ir įtampos santykį, parametrus.
Koks skirtumas tarp srovės transformatoriaus ir įtampos transformatoriaus
Jų dizaino skirtumai yra šie:
- kaip pirminė srovė transformatorių apvija, naudojama maitinimo magistralė, ant kurios ji sumontuota;
- antrinės apvijos parametrai yra skirti prijungti prie matavimo prietaiso (pavyzdžiui, elektros skaitiklis namuose);
- lyginant su VT, srovės transformatorius yra kompaktiškesnis ir turi supaprastintą jungimo schemą.
Srovės ir įtampos transformatoriai atitinka skirtingus reikalavimus, susijusius su konvertuotų verčių tikslumu. Jei šis rodiklis yra labai svarbus matavimo prietaisui, tai įtampos transformatoriui jis yra antrinės svarbos.
Įtampos transformatorių klasifikacija
- galios transformatoriai su įžeminimu ir be jo;
- matavimo prietaisai;
- autotransformatoriai;
- specialūs derinimo įtaisai;
- izoliacijos ir smailės transformatoriai.
Pirmosios iš šių veislių yra naudojamos nepertraukiamam elektros energijos tiekimui vartotojui jam priimtina forma (su reikiama amplitude). Jų veikimo esmė yra vieno potencialo lygio pavertimas kitu, siekiant paskesnio perkėlimo į apkrovą.Pavyzdžiui, trifaziai įtaisai, įrengti transformatorių pastotėje, leidžia sumažinti aukštą įtampą nuo 6,3 iki 10 kV iki namų ūkio vertės 0,4 kV.
Autotransformatoriai yra paprasčiausi indukciniai dizainai, turintys vieną apviją su čiaupais, kad būtų galima sureguliuoti išėjimo įtampą. Derantys gaminiai montuojami žemos srovės grandinėse, užtikrinant galios perdavimą iš vieno etapo į kitą su minimaliais nuostoliais (maksimaliai efektyviai). Vadinamųjų „izoliacinių“ transformatorių pagalba galima organizuoti elektrinių grandinių su aukšta ir žema įtampa izoliaciją. Taigi namo ar vasarnamio savininko apsauga nuo didelio potencialo elektros smūgio yra garantuota. Be to, tokio tipo keitikliai leidžia:
- perduoti elektrą iš šaltinio vartotojui norima ir saugia forma;
- apsaugoti apkrovos grandines su jose esančiais jautriais įtaisais nuo elektromagnetinių trukdžių;
- blokuoti pastovios srovės komponento patekimą į darbo grandines.
Viršutiniai transformatoriai yra dar viena elektros energiją konvertuojančio įrenginio rūšis. Jie naudojami pulso signalų poliškumui nustatyti ir suderinti su išėjimo parametrais. Šio tipo keitikliai montuojami į kompiuterinių sistemų ir radijo ryšio kanalų signalo grandines.
Prietaiso įtampos ir srovės transformatoriai
Specialūs prietaisų transformatoriai yra specialus keitiklių tipas, leidžiantis į elektros grandines įtraukti stebėjimo įtaisus. Jų pagrindinis tikslas yra konvertuoti srovę ar įtampą į vertę, patogią tinklo parametrams matuoti. To reikia šiais atvejais:
- imant rodmenis elektriniais skaitikliais;
- jei įtampos ir srovės apsaugos relės yra sumontuotos maitinimo grandinėse;
- jei jame yra kitų automatikos įrenginių.
Matuokliai skirstomi pagal konstrukciją, montavimo tipą, transformacijos koeficientą ir etapų skaičių. Pagal pirmąją savybę jie yra įmontuoti, praeinant ir palaikant, o toje vietoje - išoriniai arba skirti montuoti uždaro tipo skirstomosiose ląstelėse. Pagal konversijos etapų skaičių jie skirstomi į vienpakopius ir kaskadinius, o pagal konversijos koeficientą - į gaminius, turinčius vieną ar daugiau reikšmių.
VT veikimo tinkluose su izoliuotu ir įžemintu nuliniu tašku ypatybės
Elektros įrangos sugadinimas galimas dėl fazinės įtampos padidėjimo iki linijinio ir dėl to atsirandančio kintančio lanko. Nepaisant priežasties ir veikimo būdo, tai yra pavojingiausias trumpojo jungimo tipas su dideliu viršįtampio koeficientu. Būtent šiuo atveju ferorezonanso atsiradimo tinkle tikimybė yra didelė.
Ferrorezonansinė grandinė elektros tinkluose su izoliuotu neutraliu yra nulinės sekos grandinė su netiesiniu įmagnetinimu. Trifazis nepagrįstas VT iš esmės yra trys vienfaziai transformatoriai, sujungti žvaigždės žvaigždės būdu. Esant viršįtampiui zonose, kuriose jis sumontuotas, induktyvumas jo šerdyje padidėja maždaug 1,73 karto, todėl atsiranda ferorezonansas.
Siekiant apsisaugoti nuo šio reiškinio, buvo sukurti specialūs metodai:
- VT ir TT su maža saviindukcija gamyba;
- papildomų sklendės elementų įtraukimas į jų grandinę;
- 3 fazių transformatorių su viena magnetine sistema, pagaminta iš 5 strypų, gamyba;
- neutralaus laido įžeminimas per srovę ribojantį reaktorių;
- kompensacinių apvijų naudojimas ir kt.
- relinių grandinių, apsaugančių VT apvijas nuo per didelių srovių, naudojimas.
Šios priemonės apsaugo matuojančius VT, tačiau visiškai neišsprendžia saugos problemos. Tam gali padėti įžeminti įrenginiai, įrengti tinkluose su izoliuota neutralia magistrale.
Žemos įtampos transformatorių veikimo būdams esant įžemintam neutralui būdingas padidėjęs saugumas ir reikšmingas ferorezonansinių reiškinių sumažėjimas. Be to, jų naudojimas padidina apsaugos jautrumą ir selektyvumą vienfazėje grandinėje. Šis pakilimas tampa įmanomas dėl to, kad indukcinė transformatoriaus apvija įtraukiama į įžeminimo grandinę ir trumpai padidina srovę per joje sumontuotą apsauginį įtaisą.
PUE pateikia trumpalaikio neutralaus įžeminimo su nedideliu VT apvijos induktyvumu priimtinumą. Tam tinkle naudojama automatika, kuri su maitinimo kontaktais, įvykus OZ, po 0,5 sekundės trumpam sujungia transformatorių su šynomis. Dėl tvirtai įžeminto neutralaus poveikio vienfazio įžeminimo gedimo atveju apsauginėje grandinėje pradeda tekėti srovė, kurią riboja VT induktyvumas. Tuo pačiu metu jo vertė yra pakankama, kad būtų galima apsaugoti nuo OZ ir sudaryti sąlygas užgesinti pavojingą lanko išmetimą.
