I trasformatori svolgono un ruolo significativo nell'ingegneria elettrica, svolgendo le funzioni di trasformazione, isolamento, misurazione e protezione. Uno dei compiti più comuni dei dispositivi di questo tipo è la regolazione dei singoli parametri di corrente. In particolare, i trasformatori di tensione (TV) convertono le prestazioni della rete elettrica primaria a valori ottimali, dal punto di vista dei consumatori.
Progettazione generale delle apparecchiature
La base tecnica del trasformatore è formata da un riempimento elettromagnetico che fornisce i processi funzionali del dispositivo. Le dimensioni dell'apparecchiatura possono variare a seconda dei requisiti per il carico di potenza nel circuito. In un design tipico, il trasformatore ha dispositivi di ingresso e uscita di corrente e gli elementi di lavoro principali svolgono attività di conversione della tensione. Una serie di isolatori, fusibili e un dispositivo di protezione del relè sono responsabili di garantire l'affidabilità e la sicurezza dei processi tecnologici. Nella progettazione di un moderno trasformatore a bassa tensionesono inoltre previsti sensori per la registrazione dei singoli parametri di funzionamento, i cui indicatori vengono inviati alla centrale e diventano la base per i comandi alle autorità di regolamentazione. Il funzionamento dei componenti elettrici di per sé richiede alimentazione, pertanto, in alcune modifiche, i convertitori sono integrati con fonti di alimentazione autonome: generatori, accumulatori o batterie.
Nuclei trasformatori
Gli elementi di lavoro chiave di VT sono i cosiddetti nuclei (nuclei magnetici) e gli avvolgimenti. I primi sono di due tipi: asta e armatura. Per la maggior parte dei trasformatori a bassa frequenza fino a 50 Hz, vengono utilizzati nuclei a stelo. Nella fabbricazione del circuito magnetico vengono utilizzati metalli speciali, le cui caratteristiche determinano le proprietà di lavoro della struttura, ad esempio le prestazioni e l'entità della corrente a vuoto. Il nucleo di un trasformatore di tensione è formato da sottili fogli di lega, isolati tra strati di vernice e ossido. Il grado di influenza delle correnti parassite del circuito magnetico dipenderà dalla qualità di questo isolamento. Esiste anche un tipo speciale di nuclei di composizione, che formano strutture di sezione arbitraria, ma vicine a una forma quadrata. Questa configurazione consente di creare circuiti magnetici universali, ma hanno anche dei punti deboli. Quindi, è necessario un serraggio stretto della plastica metallica, poiché gli spazi vuoti più piccoli riducono il fattore di riempimento dell'area di lavoro della bobina.
Avvolgimenti del trasformatore di tensione
Di solito vengono utilizzati due avvolgimenti: primario e secondario. Sono isolati sia l'uno dall' altro che dal nucleo. Il primo livello di avvolgimento si distingue per un gran numero di spire realizzate con un filo sottile. Ciò gli consente di servire reti ad alta tensione (fino a 6000-10.000 V) necessarie per le esigenze di conversione di base. L'avvolgimento secondario è progettato per l'alimentazione in parallelo di strumenti di misura, dispositivi relè e altre apparecchiature elettriche ausiliarie. Quando si collega l'avvolgimento dei trasformatori di tensione, è importante considerare i contrassegni sui terminali di uscita. Ad esempio, relè di direzione di potenza, multimetri, amperometri, wattmetri e vari metri sono collegati alle bobine attraverso l'inizio dell'avvolgimento primario (designazione A), la linea di fondo (X), l'inizio dell'avvolgimento secondario (a) e il suo fine (x). È anche possibile utilizzare un avvolgimento aggiuntivo con prefissi speciali nella designazione.
Raccordi di montaggio e impianti di messa a terra
L'elenco degli elementi aggiuntivi e dei dispositivi funzionali può variare a seconda del tipo e delle caratteristiche del trasformatore. Ad esempio, le strutture dell'olio con un indicatore di tensione primaria fino a 10 kV o più sono dotate di raccordi per il riempimento, lo scarico e il campionamento dei lubrificanti tecnici. Per l'olio, viene fornito anche un serbatoio con ugelli e regolatori che controllano l'alimentazione regolare del fluido alle aree target. I kit di montaggio tipici includono spesso staffe con bulloni, raccordi, componenti relè, guarnizioni in cartone elettrico, elementi flangiati, ecc. Per quanto riguarda la messa a terra, quindii trasformatori con tensione sul primario fino a 660 V sono provvisti di morsetti con fissaggio filettato di bulloni, prigionieri e viti di dimensione M6. Se l'indicatore di tensione è superiore a 660 V, il raccordo di messa a terra dovrà avere connessioni hardware di formato non inferiore a M8.
Il principio di funzionamento di TH
Le principali funzioni e processi di induzione elettromagnetica sono svolte da un complesso che comprende un nucleo metallico con una serie di piastre del trasformatore, avvolgimenti primari e secondari. La qualità del dispositivo dipenderà dalla precisione del calcolo di base dell'ampiezza e dell'angolo della corrente. L'induzione reciproca tra più avvolgimenti è responsabile della trasformazione in un campo elettromagnetico. La corrente alternata in un trasformatore di tensione da 220 V cambia costantemente, passando attraverso un singolo avvolgimento. Secondo la legge di Faraday, una forza elettromotrice viene indotta una volta al secondo. In un sistema ad avvolgimento chiuso, la corrente predefinita scorrerà attraverso il circuito e si avvicinerà al nucleo metallico. Minore è il carico sull'avvolgimento secondario del trasformatore, più il fattore di conversione effettivo si avvicina al valore nominale. Il lavoro con il collegamento dell'avvolgimento secondario ai dispositivi di misurazione dipenderà in particolare dal grado di conversione, poiché le più piccole fluttuazioni del carico influenzeranno l'accuratezza delle misurazioni immesse nel circuito dello strumento.
Tipi di trasformatori
Oggi, i seguenti tipi di TN sono più comuni:
- Trasformatore a cascata - un dispositivo in cui l'avvolgimento primario è diviso in diverse sezioni successive e gli avvolgimenti di equalizzazione e collegamento sono responsabili del trasferimento di potenza tra di loro.
- TV con messa a terra - modelli monofase, in cui un'estremità dell'avvolgimento primario è strettamente collegata a terra. Possono essere anche trasformatori di tensione trifase con neutro collegato a terra dall'avvolgimento primario.
- Unearthed VT - un dispositivo con isolamento completo dell'avvolgimento con raccordi adiacenti.
- TV a due avvolgimenti - trasformatori con un avvolgimento secondario.
- I TV a tre avvolgimenti sono trasformatori che, oltre all'avvolgimento primario, hanno anche un avvolgimento principale e un secondario aggiuntivo.
- TV capacitivo - esecuzioni caratterizzate dalla presenza di separatori capacitivi.
Caratteristiche dei TV elettronici
Secondo i principali indicatori metrologici, questo tipo di trasformatori differisce poco dai dispositivi elettrici. Ciò è dovuto al fatto che in entrambi i casi viene utilizzato il canale di conversione tradizionale. Le caratteristiche principali dei trasformatori elettronici sono l'assenza di isolamento ad alta tensione, che in definitiva contribuisce a un maggiore effetto tecnico ed economico derivante dal funzionamento dell'apparecchiatura. Nelle reti ad alta tensione con una tensione primaria di un trasformatore di tensione fino a 660 V, il convertitore è collegato alla rete centrale in modo galvanico. Le informazioni sulla corrente misurata vengono trasmesse ad alto potenziale, come nel caso di un convertitore analogico-digitale con uscita ottica. Tuttaviale dimensioni e il peso dei modelli elettronici sono così ridotti da consentire l'installazione di unità di trasformazione nell'infrastruttura dei bus in filo ad alta tensione anche senza collegare isolatori aggiuntivi e hardware di montaggio.
Specifiche del trasformatore
Il principale valore tecnico e operativo è il potenziale di tensione. Sul primario può raggiungere i 100 kV, ma per la maggior parte questo vale per stazioni industriali di grandi dimensioni contenenti più moduli di conversione. Di norma, sull'avvolgimento primario non sono supportati più di 10 kV. Un trasformatore di tensione per reti monofase con neutro collegato a terra funziona a 100 V. Per quanto riguarda l'avvolgimento secondario, i suoi indicatori di tensione nominale sono in media di 24-45 V. Anche in questo caso, i dispositivi di misurazione a bassa energia vengono sottoposti a manutenzione su questi circuiti, che non richiedono un carico di potenza elevato. Tuttavia, gli avvolgimenti secondari a volte hanno potenziali elevati di oltre 100 V nelle reti trifase. Inoltre, nel valutare le caratteristiche di un trasformatore, è importante tenere conto della classe di precisione: si tratta di valori da 0, 1 a 3, che determinano il grado di deviazione nella conversione degli indicatori elettrici target.
Effetto di ferrosonanza
I dispositivi elettromagnetici sono spesso soggetti a vari tipi di influenze negative e danni associati a violazioni dell'isolamento. Uno dei processi di distruzione degli avvolgimenti più comuni è il disturbo da ferrorisonanza. Provoca danni meccanici e surriscaldamento.avvolgimenti. La ragione principale di questo fenomeno è chiamata non linearità dell'induttanza, che si verifica in situazioni di risposta instabile del circuito magnetico al campo magnetico circostante. Per proteggere il trasformatore di tensione dagli effetti ferrorisonanti, sono possibili misure esterne, inclusa l'inclusione di capacità e resistori aggiuntivi nel dispositivo commutato. Nei sistemi elettronici, la possibilità di non linearità induttiva può anche essere ridotta al minimo programmando le sequenze di spegnimento delle apparecchiature.
Uso dell'attrezzatura
Il funzionamento dei dispositivi di trasformazione che convertono la tensione è regolato dalle regole per l'uso dell'ingegneria elettrica. Tenendo conto dei valori operativi ottimali, gli specialisti introducono sottostazioni nell'infrastruttura di alimentazione dell'impianto target. Le funzioni principali dei sistemi consentono di servire edifici e imprese con potenti centrali elettriche e la tensione secondaria del trasformatore fino a 100 V controlla il carico per i consumatori meno esigenti come contatori e dispositivi metrologici. A seconda dei parametri tecnici e strutturali, HP può essere utilizzato nell'industria, nell'edilizia e nelle abitazioni. In ogni caso, i trasformatori forniscono il controllo della potenza elettrica regolando le potenze nominali in ingresso in modo che corrispondano ai requisiti nominali del particolare sito.
Conclusione
I trasformatori elettromagnetici forniscono un prodotto piuttosto vecchio, ma molto richiesto fino ad oggiil principio di regolazione della potenza nei circuiti elettrici. L'obsolescenza di questa apparecchiatura è associata sia al design dell'apparecchiatura che alla sua funzionalità. Tuttavia, ciò non impedisce l'uso di trasformatori di corrente e di tensione per attività critiche di gestione dell'alimentazione nelle grandi imprese. Inoltre, non si può dire che convertitori di questo tipo non siano affatto soggetti a miglioramenti. Sebbene i principi di funzionamento di base e persino l'implementazione tecnica nel suo insieme rimangano gli stessi, gli ingegneri hanno recentemente lavorato attivamente sui sistemi di protezione e controllo. Di conseguenza, ciò influisce sulla sicurezza, affidabilità e precisione dei trasformatori.
