Trafode tüübid

Trafo on staatiline elektromagnetiline seade, mis sisaldab kahte kuni mitut pooli, mis asuvad ühisel magnetahelal ja on seega omavahel induktiivselt ühendatud. See toimib trafona, mis muundab vahelduvvoolust elektrienergiat elektromagnetilise induktsiooni abil ilma voolu sagedust muutmata. Trafosid kasutatakse nii vahelduvpinge muundamiseks kui galvaaniline isolatsioon erinevates elektri- ja elektroonikatehnika valdkondades.

Ausalt öeldes märgime, et mõnel juhul võib trafo sisaldada ainult ühte mähist (autotrafo) ja südamik võib täielikult puududa (HF - trafo), kuid enamikul trafodest on südamik (magnetahel) pehme magnetiline ferromagnetiline materjalja kaks või enam isoleeritud lint- või traadipooli, mis on kaetud ühise magnetvooga, kuid kõigepealt. Vaatame, mis tüüpi trafod need on, kuidas need on paigutatud ja milleks neid kasutatakse.

Jõutrafo

Seda tüüpi madalsageduslikke (50-60 Hz) trafosid kasutatakse elektrivõrkudes, samuti elektrienergia vastuvõtmiseks ja muundamiseks mõeldud paigaldistes. Miks seda nimetatakse võimuks? Sest just seda tüüpi trafot kasutatakse elektrienergia varustamiseks ja vastuvõtmiseks elektriliinidelt, kus pinge võib ulatuda 1150 kV-ni.

Linna elektrivõrkudes ulatub pinge 10 kV-ni. Täpselt läbi võimsad madalsageduslikud trafod pinge langeb ka tarbijate poolt nõutavale 0,4 kV, 380/220 voltile.

Struktuuriliselt võib tüüpiline jõutrafo sisaldada kahte, kolme või enamat mähist, mis on paigutatud soomustatud elektriterasest südamikule, kusjuures osa madalpingemähistest toidetakse paralleelselt (jagatud mähisega trafo).

See on kasulik mitmelt generaatorilt samaaegselt saadava pinge suurendamiseks. Jõutrafo paigutatakse reeglina trafoõliga paaki ning eriti võimsate isendite puhul lisatakse aktiivne jahutussüsteem.

Alajaamadesse ja elektrijaamadesse paigaldatakse kolmefaasilised jõutrafod võimsusega kuni 4000 kVA. Kolmefaasilised on tavalisemad, kuna kadusid saadakse kuni 15% vähem kui kolme ühefaasilise puhul.

Võrgutrafo

1980. ja 1990. aastatel võis liinitrafosid leida peaaegu igas elektriseadmes. Võrgutrafo (tavaliselt ühefaasilise) abil alandatakse 220-voldise majapidamisvõrgu pinge sagedusega 50 Hz elektriseadme jaoks vajaliku tasemeni, näiteks 5, 12, 24 või 48 volti.

Liinitrafod on sageli valmistatud mitme sekundaarmähisega, nii et ahela erinevate osade toiteks saab kasutada mitut pingeallikat. Eelkõige võib alati (ja võib siiani) leida TN (hõõgtransformaatori) trafosid ahelates, kus on raadiotorud.

Kaasaegsed liinitrafod on ehitatud elektriliste terasplaatide komplekti W-kujulistele, vardakujulistele või toroidaalsetele südamikele, millele mähised on keritud. Magnetahela toroidaalne kuju võimaldab saada kompaktsema trafo.

Kui võrrelda trafosid, millel on sama toroidaalsete ja W-kujuliste südamike koguvõimsus, võtab toroid vähem ruumi, lisaks on toroidse magnetahela pind täielikult mähistega kaetud, puudub tühi ike, nagu on korpus soomustatud W-kujuliste või vardataoliste tuumadega. Elektrivõrku kuuluvad eelkõige keevitustrafod võimsusega kuni 6 kW. Võrgutrafod liigitatakse loomulikult madalsagedustrafodeks.

Autotransformaator

Üks madalsageduslike trafode tüüp on autotrafo, mille sekundaarmähis on primaarmähis või primaarmähis sekundaarmähise osa. See tähendab, et autotransformaatoris on mähised ühendatud mitte ainult magnetiliselt, vaid ka elektriliselt. Ühest mähist on valmistatud mitu juhet ja need võimaldavad teil saada ainult ühest mähist erinevat pinget.

Autotrafo peamine eelis on selle madalam hind, kuna mähiste jaoks kulub vähem traati, südamiku jaoks vähem terast ning selle tulemusena on kaal väiksem kui tavalisel trafol.Puuduseks on poolide galvaanilise isolatsiooni puudumine.

Autotransformaatoreid kasutatakse automaatjuhtimisseadmetes ja neid kasutatakse laialdaselt ka kõrgepinge elektrivõrkudes. Kolmefaasilised autotrafod, millel on kolmnurk- või tähtühendus elektrivõrkudes, on tänapäeval väga nõudlikud.

Võimsusautotransformaatorid on saadaval kuni sadade megavattide võimsusega. Autotransformaatoreid kasutatakse ka võimsate vahelduvvoolumootorite käivitamiseks. Autotransformaatorid on eriti kasulikud madalate teisendussuhete korral.

Laboratoorsed autotransformaatorid

Autotransformaatori erijuhtum on laboriautotransformaator (LATR). See võimaldab sujuvalt reguleerida kasutajale antavat pinget. LATR-i disain on toroid trafo ühe mähisega, millel on isoleerimata "rada" pöördest pöördeni, see tähendab, et on võimalik ühendada iga mähise pöördega. Rööbaste kontakti tagab libisev söehari, mida juhib pöördnupp.

Nii saate koormusel erineva suurusega efektiivse pinge. Tüüpilised ühefaasilised ajamid võimaldavad teil vastu võtta pingeid vahemikus 0 kuni 250 volti ja kolmefaasilised - 0 kuni 450 volti. Elektriseadmete häälestamise eesmärgil on laborites väga populaarsed LATR-id võimsusega 0,5-10 kW.

Voolutrafo

Voolutrafo nimetatakse trafoks, mille primaarmähis on ühendatud vooluallikaga ja sekundaarmähis kaitse- või mõõteseadmetega, millel on madal sisetakistus. Kõige tavalisem voolutrafo tüüp on instrumentaalvoolutrafo.

Voolutrafo primaarmähis (tavaliselt ainult üks pööre, üks juhe) on ühendatud järjestikku ahelasse, milles vahelduvvoolu soovitakse mõõta. Selgub, et sekundaarmähise vool on võrdeline primaarmähise vooluga, samas kui sekundaarmähis peab olema tingimata koormatud, sest vastasel juhul võib sekundaarmähise pinge olla piisavalt kõrge, et isolatsioon lõhkuda. Samuti, kui CT sekundaarmähis avaneb, põleb magnetahel indutseeritud kompenseerimata vooludest lihtsalt läbi.

Voolutrafo konstruktsioon on lamineeritud ränist külmvaltsitud elektriterasest südamik, millele on keritud üks või mitu isoleeritud sekundaarmähist. Primaarmähis on sageli lihtsalt siini või traat, mille mõõdetud vool on läbinud magnetahela akna (muide, seda põhimõtet kasutavad klambrimõõtur).Voolutrafo põhiomadus on teisendussuhe, näiteks 100/5 A.

Voolutrafosid kasutatakse laialdaselt voolu mõõtmiseks ja releekaitseahelates. Need on ohutud, kuna mõõdetud ja sekundaarahelad on üksteisest galvaaniliselt isoleeritud. Tavaliselt toodetakse tööstuslikke voolutrafosid kahe või enama sekundaarmähiste rühmaga, millest üks on ühendatud kaitseseadmetega, teine ​​​​mõõteseadmega, näiteks arvestitega.

Impulsstrafo

Peaaegu kõigis kaasaegsetes võrgutoiteallikates, erinevates inverterites, keevitusseadmetes ja muudes võimsus- ja väikese võimsusega elektrimuundurites kasutatakse impulsstrafosid.Tänapäeval on impulssahelad peaaegu täielikult asendanud rasked madalsageduslikud trafod lamineeritud terassüdamikega.

Tüüpiline impulsstrafo on ferriitsüdamikuga trafo. Südamiku kuju (magnetahela) võib olla täiesti erinev: rõngas, varras, tass, W-kujuline, U-kujuline. Ferriitide eelis trafoterase ees on ilmne — ferriidipõhised trafod võivad töötada sagedustel kuni 500 kHz või rohkem.

Kuna impulsstrafo on kõrgsagedustrafo, vähenevad selle mõõtmed sageduse kasvades oluliselt. Mähiste jaoks on vaja vähem traati ja väljavoolust piisab kõrgsagedusliku voolu saamiseks primaarahelas, IGBT või bipolaarne transistor, mõnikord mitu, sõltuvalt impulss-toiteahela topoloogiast (edasi - 1, push-pull - 2, poolsild - 2, sild - 4).

Ausalt öeldes märgime, et kui kasutatakse pöördtoiteahelat, siis on trafo sisuliselt topeltdrossel, kuna sekundaarahelas elektri kogunemise ja vabanemise protsessid on ajaliselt eraldatud, see tähendab, et need ei toimu. samaaegselt, seega on see tagasilöögi juhtahelaga ikkagi drossel, kuid mitte trafo.

Trafode ja ferriitdrosselitega impulssahelaid leidub tänapäeval kõikjal, säästulampide liiteseadiste ja erinevate vidinate laadijatest, keevitusmasinate ja võimsate inverteriteni.

Impulssvoolutrafo

Voolutugevuse ja (või) suuna mõõtmiseks impulssahelates kasutatakse sageli impulssvoolutrafosid, mis on ferriitsüdamik, sageli rõngakujuline (toroidaalne), ühe mähisega.Südamiku rõngast juhitakse traat, mille voolutugevust tuleb uurida, ja mähis ise laaditakse takistile.

Näiteks rõngas sisaldab 1000 keerdu traati, siis primaar- (keermestatud traadi) ja sekundaarmähise voolude suhe on 1000:1. Kui rõnga mähis on koormatud teadaoleva väärtusega takistile, siis on sellel mõõdetud pinge võrdeline mähise vooluga, mis tähendab, et mõõdetud vool on 1000 korda suurem kui seda takistit läbiv vool.

Tööstus toodab erineva teisendussuhtega impulssvoolutrafosid. Sellise trafoga peab projekteerija ühendama vaid takisti ja mõõteahela. Kui soovite teada voolu suunda, mitte selle suurust, siis laaditakse voolutrafo mähis lihtsalt kahe vastandliku zeneri dioodiga.

Side elektrimasinate ja trafode vahel

Elektritrafod kuuluvad alati õppeasutuste kõikidel elektrotehnika erialadel õpitavate elektrimasinate kursuste hulka. Sisuliselt ei ole elektritrafo mitte elektrimasin, vaid elektriaparaat, kuna puuduvad liikuvad osad, mille olemasolu on igale masinale kui mehhanismitüübile iseloomulik, seetõttu on mainitud kursused, vääritimõistmiste vältimiseks tuleks nimetada "elektrimasinate ja elektritrafode kursusteks".

Trafode kaasamine kõikidesse elektrimasinate kursustesse on kahel põhjusel.Üks neist on ajaloolist päritolu: samad tehased, mis ehitasid vahelduvvoolu elektrimasinaid, ehitasid ka trafosid, sest ainuüksi trafode olemasolu andis vahelduvvoolumasinatele alalisvoolumasinate ees eelise, mis lõpuks viis nende ülekaaluni tööstuses. Ja nüüd on võimatu ette kujutada suurt vahelduvvoolu paigaldust ilma trafodeta.

Vahelduvvoolumasinate ja trafode tootmise arenedes tekkis aga vajadus koondada trafode tootmine spetsiaalsetesse trafotehastesse. Fakt on see, et tänu võimalusele edastada vahelduvvoolu trafode abil pikkade vahemaade taha, oli trafode kõrgema pinge tõus palju kiirem kui vahelduvvoolu elektrimasinate pinge tõus.

Vahelduvvoolu elektrimasinate praeguses arengujärgus on nende jaoks kõrgeim ratsionaalne pinge 36 kV. Samal ajal ulatus kõrgeim pinge tegelikult rakendatud elektritrafodes 1150 kV-ni. Sellised kõrged trafopinged ja nende töö pikselöögile avatud õhuliinidel on toonud kaasa väga spetsiifilisi trafoprobleeme, mis on elektrimasinatele võõrad.

See tõi kaasa elektrotehnika tehnoloogilistest probleemidest niivõrd erinevate tehnoloogiliste probleemide tootmise, et trafode eraldamine iseseisvaks tootmiseks muutus vältimatuks. Seega kadus esimene põhjus – tööstusühendus, mis muutis trafod elektrimasinate lähedusse.

Teine põhjus on põhimõttelist laadi ja seisneb selles, et praktikas kasutatavad elektritrafod ja ka elektrimasinad põhinevad elektromagnetilise induktsiooni põhimõte (Faraday seadus), — jääb nende vahel kõigutamatuks sidemeks. Samas on paljude vahelduvvoolumasinate nähtuste mõistmiseks hädavajalik teadmine trafodes toimuvatest füüsikalistest protsessidest ning pealegi saab suure klassi vahelduvvoolumasinate teooria taandada teooriaks. trafod, mis hõlbustavad seega nende teoreetilist kaalumist.

Seetõttu on vahelduvvoolumasinate teoorias tugeval kohal trafoteooria, millest aga ei järeldu, et trafosid võiks nimetada elektrimasinateks. Lisaks tuleb meeles pidada, et trafodel on erinev eesmärkide seadmine ja energia muundamise protsess kui elektrimasinatel.

Elektrimasina eesmärk on muuta mehaanilist energiat elektrienergiaks (generaator) või vastupidi elektrienergiat mehaaniliseks energiaks (mootoriks), samal ajal kui trafos on tegemist teatud tüüpi vahelduvvoolu elektrienergia muundamisega vahelduvvooluks. praegune elektrienergia. erinevat tüüpi vool.