Τι είναι ο μετασχηματιστής ισχύος; | Είναι αποτελεσματικότητα, απώλειες και σημαντικές εφαρμογές

Περιεχόμενα

  • Ορισμός μετασχηματιστή ισχύος
  • Σχεδιασμός μετασχηματιστή ισχύος
  • Διάγραμμα μετασχηματιστή ισχύος
  • Βαθμολογία μετασχηματιστή ισχύος
  • Απώλειες μετασχηματιστή ισχύος
  • Απόδοση μετασχηματιστή ισχύος
  • Εφαρμογή μετασχηματιστή ισχύος (σε υποσταθμό)
  • Συντήρηση μετασχηματιστή ισχύος
  • Σφάλμα μετασχηματιστή ισχύος

Ορισμός μετασχηματιστή ισχύος

Ένας τυπικός μετασχηματιστής μπορεί να οριστεί ως «Μια συσκευή που μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ ηλεκτρικών κυκλωμάτων». Είναι μια παθητική και στατική συσκευή. Ένας μετασχηματιστής ισχύος είναι μοναδικός στο είδος του. Οι μετασχηματιστές ισχύος χρησιμοποιούνται για διασύνδεση τάσης κάτω και αύξησης τάσεων στο σύστημα διανομής ισχύος. 

Ένας τυπικός μετασχηματιστής ισχύος έχει διάρκεια ζωής περίπου 30 χρόνια.

Ένας μετασχηματιστής ισχύος, Credit Image - ZngZngΜετασχηματιστής πόλων 2CC BY-SA 4.0

Σχεδιασμός μετασχηματιστή ισχύος

Ένας τυπικός μετασχηματιστής αποτελείται από μέρη -

  • Α. Μεταλλικός πυρήνας
  • Β. Δύο περιελίξεις αποτελούμενες από πηνία

Ένας μετασχηματιστής ισχύος έχει τα ίδια εξαρτήματα με έναν κανονικό. Επιπλέον, διαθέτει σύστημα ψύξης και μεταλλικό σκελετό, το οποίο είναι ελασματοποιημένο με φύλλα. Ανάλογα με τη δομή του πυρήνα, ένας μετασχηματιστής ισχύος μπορεί να είναι είτε τύπου κελύφους είτε τύπος πυρήνα. Αυτό μπορεί επίσης να είναι τριφασικό ή μονοφασικό. Ένα τριφασικό μπορεί να κατασκευαστεί από τρεις μονοφασικούς μετασχηματιστές.

Οι πρωτογενείς και δευτερεύουσες περιελίξεις τυλίγονται χρησιμοποιώντας αγωγούς είτε από μέσα είτε έξω από τον πυρήνα. Μονοφασικό και τριφασικό και οι δύο μετασχηματιστές χρειάζονται «τράπεζα» για να τοποθετήσουν τις περιελίξεις. Εάν χρησιμοποιούμε τρεις μονοφασικούς μετασχηματιστές, τότε είναι απαραίτητο να προσδιορίσουμε κάθε τράπεζα που είναι απομονωμένη από άλλες. Εάν μία από τις τράπεζες αποτύχει, τότε και ο μετασχηματιστής θα εξασφαλίσει συνεχή συντήρηση. Αλλά στην περίπτωση ενός μονοφασικού μετασχηματιστή, δεν θα λειτουργήσει εάν μια τράπεζα αποτύχει.

Όλες αυτές οι ρυθμίσεις με τον πυρήνα διατηρούνται μέσα σε ένα σκελετό. Ο σκελετός απορροφάται μέσα σε ένα πυροπροστατευμένο λάδι. Το λάδι κάνει και την απομόνωση και την ψύξη. Υπάρχει busing (isolators), το οποίο επιτρέπει στον αγωγό να κάνει τη δουλειά του χωρίς να παρεμβαίνει στην εξωτερική δομή. Οι μετασχηματιστές χρειάζονται επίσης μια συσκευή ψύξης. Ένας ανεμιστήρας ή κάποια άλλη διαδικασία μπορεί να εξυπηρετήσει τη διαδικασία.

Διάγραμμα μετασχηματιστή ισχύος

Μέρη του μετασχηματιστή ισχύος, Βρείτε τις λεπτομέρειες στην πηγή, Πηγή εικόνας - Fluppe37 at nl.wikipediaVermogentransformator 1CC BY-SA 3.0

Βαθμολογία μεταφοράς ισχύος

Οι μετασχηματιστές βαθμολογούνται με βάση την ισχύ που μπορεί να προσφέρει στο φορτίο. Εάν ένας μετασχηματιστής δίνει ρεύμα 5 βολτ και 4 αμπέρ, τότε η βαθμολογία του μετασχηματιστή θα είναι 5 * 4 = 20 αμπέρ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μετασχηματιστές βαθμολογούνται σε Volt - Ampere (VA) ή Kilovolt - Ampere (kVA). Λειτουργεί συνήθως για υψηλότερες τάσεις και έχει ονομαστική τιμή σε κιλοπόλ αμπέρ.

Ένας μετασχηματιστής ισχύος είναι ένα δαπανηρό μέρος ενός συστήματος διανομής. Εάν η βαθμολογία ισχύος δεν έχει γίνει σωστά, τότε ο μετασχηματιστής μπορεί να καεί. Επομένως, είναι απαραίτητο να βαθμολογήσετε με ακρίβεια έναν μετασχηματιστή ισχύος. Η τρέχουσα τιμή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τη διάμετρο του πηνίου των περιελίξεων. Η τάση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον αριθμό στροφών ή χρησιμοποιώντας τον λόγο στροφών.

Απώλειες μετασχηματιστή ισχύος

Ένας μετασχηματιστής ισχύος υποφέρει από απώλεια καθώς δεν είναι ιδανικός μετασχηματιστής. Απώλεια μετασχηματιστή σημαίνει απώλεια ισχύος. Οι απώλειες του μετασχηματιστή μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες. Αυτοί είναι -

A. Απώλεια πυρήνα / Απώλεια σιδήρου (Απώλεια υστέρησης & Απώλεια ρεύματος Eddy)

Β. Διηλεκτρική απώλεια

Γ. Απώλεια χαλκού ή Ωμική απώλεια

Δ. Απώλεια αδέσποτου

A. Απώλεια πυρήνα / απώλεια σιδήρου:

Αυτές οι απώλειες ονομάζονται επίσης «Χωρίς απώλειες». Αυτοί οι μετασχηματιστές υφίστανται τέτοιες απώλειες όποτε είναι συνδεδεμένοι με ισχύ, ακόμη και δεν έχουν φορτίο συνδεδεμένο μαζί του στη δευτερεύουσα πλευρά. Αυτοί οι τύποι απωλειών είναι σταθεροί και δεν κυμαίνονται. Η απώλεια σιδήρου είναι επίσης δύο ειδών -

  • ένα. Απώλειες υστέρησης
  • σι. Τρέχουσες απώλειες Eddy

ένα. Απώλειες υστέρησης:

  • Μια εναλλασσόμενη δύναμη μαγνήτισης εμφανίζεται μέσα στον πυρήνα του μετασχηματιστή. Λόγω της μαγνητικής μόχλευσης, εντοπίστηκε ένας βρόχος υστέρησης και η ισχύς διαλύθηκε με τη μορφή θερμότητας. Οι απώλειες υστέρησης προκαλούν απώλεια χωρίς φορτίο 50% έως 80%.

Ph = η * Βmax * ν * f * Β

Ph = Απώλεια υστέρησης

η = συντελεστής υστέρησης Steinmetz

Bmax = Μέγιστη πυκνότητα ροής

n = εκθετικό Steinmetz

f  = συχνότητα μαγνητικών αντιστροφών ανά δευτερόλεπτο

V = όγκος μαγνητικού υλικού

σι. Τρέχουσα απώλεια Eddy:

  • Η τρέχουσα απώλεια Eddy συμβαίνει λόγω του νόμου επαγωγής του Faraday. Ένα emf προκαλείται στο κύκλωμα πυρήνα λόγω της μαγνητικής ροής. Αυτό το emf προκαλεί ροή ρεύματος μέσω της δομής του πυρήνα καθώς αποτελείται από σίδηρο. Αυτό το ρεύμα είναι γνωστό ως Eddy Current. Το ρεύμα Eddy δεν είναι χρήσιμο για εργασία σε αυτό το κύκλωμα. Έτσι, η απώλεια ισχύος λόγω αυτού του ρεύματος είναι γνωστή ως απώλεια ρεύματος Eddy. Οι απώλειες του Eddy είναι υπεύθυνες για απώλεια χωρίς φορτίο 20% έως 50%.

Η απώλεια δίνεται από -

Pe = Κe * Βmax2 * f * Β * τ2

Pe = Eddy Τρέχουσα απώλεια

Ke = Τρέχουσα σταθερά Eddy

Bmax = Μέγιστη πυκνότητα ροής

= συχνότητα μαγνητικών αντιστροφών ανά δευτερόλεπτο

V = όγκος μαγνητικού υλικού

t = μαγνητικό πάχος

Β. Διηλεκτρικές απώλειες:

  • Οι μονωτές που τοποθετούνται μέσα στους μετασχηματιστές είναι ο λόγος πίσω από αυτήν την απώλεια. Δεν είναι σημαντική απώλεια και συμβάλλει στο 1% των συνολικών απωλειών χωρίς φορτίο.

Γ. Απώλεια χαλκού ή Ωομική απώλεια:

  • Αυτός ο τύπος απώλειας σε έναν μετασχηματιστή ισχύος μπορεί να ονομαστεί απώλειες φορτίου καθώς οι μετασχηματιστές υποφέρουν από αυτόν τον τύπο απώλειας λόγω συνθηκών βραχυκυκλώματος ή όταν συνδέονται με το φορτίο. Η αντίσταση των περιελίξεων του σύρματος είναι η πηγή αυτής της απώλειας. Καθώς τα περισσότερα καλώδια αποτελούνται από χαλκό, η απώλεια ονομάζεται μετά από αυτό.

D. Αδέσμευτη απώλεια:

  • Αυτή η απώλεια συμβαίνει λόγω της ροής διαρροής. Η ροή διαρροής εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους όπως - γεωμετρική δομή περιέλιξης, μέγεθος δεξαμενής κ.λπ. Η αλλαγή αυτών των παραμέτρων μπορεί επίσης να μειώσει την απώλεια. Είναι μια αμελητέα απώλεια.

Υπάρχουν και άλλες απώλειες. Ένα από αυτά είναι οι βοηθητικές απώλειες. Το σύστημα ψύξης του μετασχηματιστή προκαλεί απώλεια αυτού του τύπου. Επίσης, η ανισορροπημένη και παραμορφωμένη ισχύς έχει ως αποτέλεσμα κάποιες επιπλέον απώλειες.

Απόδοση μετασχηματιστή ισχύος

Η απόδοση μιας ηλεκτρικής συσκευής δίνεται ως η αναλογία ισχύος εξόδου προς την ισχύ εισόδου. Δίνεται από - η.

η = Έξοδος / Είσοδος * 100%

Σε ένα πρακτικό σενάριο, ένας μετασχηματιστής έχει απώλειες, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Αυτή η απώλεια είναι αριθμητικά ίση με τη διαφορά μεταξύ της ισχύος εισόδου και της ισχύος εξόδου, δηλαδή -

Απώλεια = Ισχύς εισόδου - Ισχύς εξόδου

Ή, Ισχύς εξόδου = Ισχύς εισόδου - Απώλεια

Τώρα, η αποδοτικότητα μπορεί να γραφτεί -

η = (Ισχύς εισόδου-απώλειας) / Ισχύς εισόδου * 100%

η = 1- (Απώλεια / Ισχύς εισόδου) * 100%

Μπορεί επίσης να γραφτεί ως -

η = (V2I2Cosϕ / (V2I2Cosϕ + Ρi+ Pc )) 100%

Που,

V2 = Δευτερεύουσα τάση

I2 = Δευτερεύον ρεύμα

Cos ϕ = Συντελεστής ισχύος

Pi = Απώλεια σιδήρου / απώλεια πυρήνα

Pc = Απώλεια χαλκού

Ένας μεγάλος μετασχηματιστής ισχύος μπορεί να επιτύχει αποδοτικότητα έως και 99.75% και ένας μικρός μπορεί να επιτύχει απόδοση έως και 97.50%. Εάν η απόδοση ενός μετασχηματιστή ισχύος παραμείνει στο εύρος από 98 έως 99.50%, θα θεωρηθεί καλή.

Η ανάγκη για δύναμη αυξάνεται με άλματα. Στην περίπτωση της διανομής ισχύος, ένας μετασχηματιστής ισχύος είναι ένα από τα απαραίτητα εργαλεία που απαιτούνται. Αν και αυτά έχουν σχεδιαστεί για υψηλότερη απόδοση, η ανάγκη είναι υψηλή για περισσότερη αποδοτικότητα με μέριμνα για το περιβάλλον και μειωμένη χρήση ισχύος. Η μείωση των απωλειών είναι ο δρόμος προς αυτόν τον στόχο.

Εφαρμογή μετασχηματιστή ισχύος (Μετασχηματιστής ισχύος σε υποσταθμό)

Ένας μετασχηματιστής ισχύος σε έναν υποσταθμό, Πηγή εικόνας - Jasonbook99Μετασχηματιστής-ασβεστόλιθος-σταθμός παραγωγήςCC BY-SA 3.0

Οι μετασχηματιστές είναι μια από τις βασικές και απίστευτες καινοτομίες στον τομέα της Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. Οι μετασχηματιστές ισχύος έχουν τη μεγαλύτερη χρήση στο σύστημα διανομής ισχύος. Ορισμένες από τις εφαρμογές είναι -

  • Οι μετασχηματιστές ισχύος χρησιμοποιούνται σε συστήματα παραγωγής και διανομής ισχύος.
  • Οι μετασχηματιστές ισχύος χρησιμοποιούνται σε υποσταθμούς. Ένας υποσταθμός μετατρέπει υψηλότερες ηλεκτρικές τάσεις σε χαμηλότερες τάσεις και αυτός ο μετασχηματιστής ισχύος λειτουργεί. αυτές είναι η πιο κρίσιμη συσκευή ενός υποσταθμού ισχύος.
  • Για τη μείωση των απωλειών ισχύος κατά τη μετάδοση ισχύος. Οι μετασχηματιστές συμβάλλουν στην ελαχιστοποίηση της ισχύος, και έτσι μπορεί να τροφοδοτείται ηλεκτρισμός σε όλες τις περιοχές.
  • Για να ανεβείτε και να κατεβάσετε τάσεις σύμφωνα με τις ανάγκες.
  • Οι μετασχηματιστές ισχύος λειτουργούν συνεχώς, διασφαλίζοντας την τροφοδοσία για 24 * 7. Έτσι, όταν πρέπει να κάνουμε πάντα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας μετασχηματιστής.
  • Αυτά επίσης βρίσκουν εφαρμογή σε μετασχηματιστές γείωσης, μετασχηματιστές απομόνωσης.

Συντήρηση μετασχηματιστή ισχύος

Οι μετασχηματιστές ισχύος είναι ακριβοί, ογκώδεις και αποτελούν ουσιαστικό μέρος ενός συστήματος διανομής ισχύος. Έτσι, ένας μετασχηματιστής χρειάζεται υψηλή ποιότητα συντήρησης. Η συντήρηση μπορεί να αποτελείται από δύο τύπους - σε καθημερινή βάση και σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Συνιστάται τακτική συντήρηση για αυτόν τον τύπο μετασχηματιστή, ο οποίος τοποθετείται σε υποσταθμό. Μερικοί τύποι συντήρησης δίνονται παρακάτω -

Τακτική συντήρηση:

  1. Έλεγχος στάθμης λαδιού
  2. Για να διατηρήσετε τη στάθμη λαδιού στην επιθυμητή στάθμη.
  3. Για να σφραγίσει τυχόν διαρροή αν εντοπιστεί.
  4. Για να αντικαταστήσετε το silica gel εάν το χρώμα αλλάξει σε ροζ.

Μηνιαία συντήρηση:

  1. Επίπεδο λαδιού για αποφυγή ζημιών.
  2. Για να ελέγξετε τους δακτυλίους.
  3. Καθαρισμός του σκελετού.

Εξαμηνιαία συντήρηση:

  1. Για να ελέγξετε τα IFT, DDA, σημεία ανάφλεξης.
  2. Για να ελέγξετε την οξύτητα, την περιεκτικότητα σε νερό και τη διηλεκτρική αντοχή.

Ετήσια συντήρηση:

  1. Ελέγξτε την κατάσταση του λαδιού - την κατάσταση όσον αφορά την περιεκτικότητα σε υγρασία και τη διηλεκτρική αντοχή.
  2. Για έλεγχο σε όλους τους διακόπτες συναγερμού και ελέγχου.
  3. Μέτρηση και έλεγχος της σύνδεσης γείωσης.
  4. Έλεγχος των δακτυλίων και καθαρισμός τους.
  5. Για να ελέγξετε μια συσκευή δελτίου τύπου.

Σφάλμα μετασχηματιστή ισχύος

Ένας τυπικός ηλεκτρικός μετασχηματιστής είναι αρκετά περίπλοκος στα κυκλώματά του. Ένας μετασχηματιστής ισχύος είναι πιο περίπλοκος καθώς έχει μερικά επιπλέον στοιχεία. Ένας μετασχηματιστής αποτυγχάνει κάψιμο ή κλείσιμο ενός μετασχηματιστή. Η βλάβη ενός μετασχηματιστή μπορεί να συμβεί για διάφορους λόγους. Οι μηχανικές βλάβες, η περιοδική συντήρηση, η φυσική καταστροφή όπως ο κεραυνός μπορεί να οδηγήσουν τον μετασχηματιστή σε καταστροφή.

  • Οι μετασχηματιστές παράγουν θερμότητα κατά τη λειτουργία. Εάν υπάρχουν υλικά χαμηλής ποιότητας για απομόνωση, τότε η παραγόμενη θερμότητα θα οδηγούσε στην καύση.
  • Η υπερφορτωμένη κατάσταση είναι μια άλλη αιτία για τους μετασχηματιστές.
  • Οι παλιοί μετασχηματιστές μπορούν να προκαλέσουν αστοχία. Οι μηχανικές βλάβες είναι εμφανείς στους παλιούς μετασχηματιστές.
  • Εάν η υγρασία του λαδιού κυμαίνεται από τις ονομαστικές τιμές, αυτό μπορεί επίσης να οδηγήσει σε αστοχία.

Η διακοπή ρεύματος μπορεί να αποφευχθεί με τακτική συντήρηση. Οι πληροφορίες που βασίζονται σε προηγούμενες αστοχίες βοηθούν επίσης στον εντοπισμό σημείων διακοπής ρεύματος πριν από το συμβάν.

Για να μάθετε περισσότερα για τον μετασχηματιστή Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Lambda Geeks