ELECTRIC, WITH AN EDGE
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ELECTRIC, WITH AN EDGE
Este artículo describe los tipos de transformadores en detalle, el principio de funcionamiento del transformador, las partes del transformador, la construcción del transformador.
Un transformador es un dispositivo eléctrico estático que puede aumentar y disminuir el voltaje y cambiar la corriente bajo cierta potencia. Varios transformadores son ampliamente utilizados en la producción diaria y en los campos de la vida.
Los transformadores tienen una amplia gama de usos. Con el rápido desarrollo de la construcción económica, varios tipos de transformadores se utilizan ampliamente en la producción industrial y agrícola y en la vida cotidiana de las personas en fábricas, minas y construcciones urbanas, como subterráneos, tratamiento de aguas residuales y otros proyectos de ingeniería importantes. Ingresó al puerto, central eléctrica, ciudad universitaria, edificios comerciales y residenciales.
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Los transformadores de Daelim han superado con éxito las certificaciones IEEE, CSA, ISO9001, ANSI C57.12.00, IEC60076 y otros sistemas internacionales, centrándose en la producción de transformadores fiables, ahorrándole muchos costes.
Los transformadores son equipos indispensables en los sistemas de potencia. Generalmente, la energía eléctrica utilizada por las personas es generada principalmente por motores de CA en centrales eléctricas, y el voltaje de salida de los generadores grandes es generalmente de 6,3 kV.
La capacidad instalada del transformador es de 6 a 8 veces la capacidad instalada del generador. Una vez que la energía eléctrica llega al área de consumo de energía, se necesitan transformadores de varias capacidades y voltajes para la distribución de energía eléctrica.
El departamento de energía eléctrica usa el transformador para convertir el alto voltaje en un nivel de bajo voltaje adecuado para la carga real en el sitio antes de que pueda usarse.
Por ejemplo, el voltaje de iluminación es generalmente de 36 V, 48 V, 110 V, 220 V, el voltaje de alimentación es de 380 V y el nivel de voltaje del sistema es de 10 kV, 35 kV, 60 kV, 110 kV. 220kV, 330kV, 500kV.
Los transformadores tienen una amplia gama de usos y diferentes usos también producen diferentes necesidades. A partir de esto se producen varios tipos de transformadores. La clasificación del transformador se puede dividir según su uso, estructura, bobinado y número de fases. La clasificación del transformador se muestra en la tabla.
El transformador de distribución es un transformador de potencia ordinario de uso común, su estructura es simple, los componentes básicos tienen tanque de aceite, núcleo de hierro, bobinado y aislamiento, medidor de aceite, relé de gas, etc.
El transformador de núcleo laminado S11 es un nuevo tipo de transformador desarrollado sobre la base de la tecnología original del transformador de distribución. Tiene las características de baja pérdida, bajo ruido, fuerte resistencia a cortocircuitos, buena resistencia al impacto y operación económica. Es especialmente adecuado para lugares con bajas tasas de carga, como las redes eléctricas rurales.
El transformador de núcleo en espiral está hecho de una lámina delgada de acero al silicio laminado en frío de alta permeabilidad, lo que aprovecha al máximo las ventajas de la baja pérdida por corrientes de Foucault de la lámina, de modo que se pueden reducir las pérdidas sin carga.
Por lo tanto, tiene las características de tamaño pequeño, baja pérdida y bajo nivel de ruido, y es una nueva generación de productos ecológicos, de alta eficiencia y ahorro de energía.
Es adecuado para la transformación de la red eléctrica de empresas urbanas y rurales, industriales y mineras, y más adecuado para transformadores combinados y subestaciones preinstaladas.
El devanado de alto voltaje del transformador de núcleo enrollado tridimensional está en capas, el devanado de bajo voltaje está en capas para una capacidad de 500kV•A y menos, y el devanado de lámina se usa para una capacidad de 630kV «A y más.
El transformador de tipo seco fundido con resina epoxi es un producto de transformador de tipo seco con menos relleno y aislamiento delgado. Tiene las ventajas de una pequeña descarga parcial, bajo nivel de ruido, baja pérdida, buen rendimiento de disipación de calor, fuerte resistencia a la humedad, fuerte resistencia a cortocircuitos repentinos y gran capacidad de sobrecarga. .
El transformador de tipo seco abierto adopta el sistema de aislamiento a base de papel DuPont Nomec, grado de aislamiento resistente al calor de clase H, no requiere enfriamiento por ventilador y permite una operación de sobrecarga a largo plazo del 20%. Baja pérdida, pequeña descarga local, bajo nivel de ruido, sin gases nocivos, insensible a la humedad y al polvo. Es adecuado para altos requisitos de protección contra incendios, grandes fluctuaciones de carga y ambientes sucios y húmedos.
Los transformadores para minas son adecuados para ubicaciones explosivas y peligrosas que contienen gas metano y polvo de carbón en las minas de carbón. Los transformadores para minas están diseñados, fabricados y probados de acuerdo con las normas nacionales pertinentes a prueba de explosiones.
El transformador tipo pedestal utiliza cables de media y alta tensión para conectarse al transformador a través de conectores de cable en el almacén de alta tensión, y los cables de baja tensión se conectan a los terminales de baja tensión mediante pernos y terminales de baja tensión en el almacén de baja tensión. El tanque de aceite del transformador montado en plataforma está equipado con fusibles de alto voltaje e interruptores de carga, de modo que el transformador se puede usar para operación de terminal o operación de red en anillo, y protege y controla el estado de la fuente de alimentación del lado de alto voltaje del transformador.
Los transformadores son equipos eléctricos estáticos hechos por el principio de inducción electromagnética, que pueden convertir corriente alterna con un cierto valor de voltaje. El principio de funcionamiento del transformador se muestra en la figura.
El devanado conectado a la fuente de alimentación es el lado primario y el devanado conectado a la carga es el lado secundario. Bajo la acción del voltaje aplicado, una corriente alterna fluye a través del lado primario y se establece un campo magnético alterno en el devanado.
Dado que la permeabilidad del núcleo de hierro es mucho mayor que la del aire y el aceite del transformador, la mayor parte del flujo magnético pasa a través del núcleo de hierro y, al mismo tiempo, interconecta los devanados primario y secundario, y la fuerza electromotriz se induce en el primario. y devanados secundarios.
Según la ley de la inducción electromagnética, la fuerza electromotriz inducida de los devanados primario y secundario es proporcional al número de vueltas. Al organizar razonablemente el número de vueltas de los devanados primario y secundario, se puede obtener el voltaje requerido en el lado secundario para lograr el propósito de cambiar el voltaje.
En general, la corriente y el voltaje generados por generadores de capacidad grande y mediana no solo no son adecuados para el consumo general de electricidad, sino que también es necesario transmitir una gran cantidad de energía eléctrica a un lugar distante, y es imposible utilizar una transmisión de voltaje más bajo.
Debido al bajo voltaje, la corriente que entrega es muy grande, y la gran corriente causará una gran pérdida de energía y una caída de voltaje en la línea de transmisión, y no se puede transportar económicamente a lugares de gran alcance.
El uso de un voltaje de transmisión de energía más alto nos permite entregar la energía de manera adecuada y conveniente a los lugares apropiados.
Por lo general, se necesita una línea de transmisión larga para transmitir la energía de CA desde la planta de energía al usuario.
Cuando la potencia de transmisión P y el factor de potencia cos son valores fijos, cuanto mayor sea el voltaje U, menor será la corriente I en la línea y menor será la sección transversal de la línea de transmisión que se puede obtener, lo que puede ahorrar mucho material.
Por el contrario, la mayor parte o la totalidad de la energía eléctrica puede consumirse en la línea de transmisión.
Con el fin de reducir la pérdida de energía en las líneas de transmisión y mejorar la eficiencia de la transmisión, a menudo se utilizan transformadores para aumentar el voltaje al valor requerido antes de la transmisión de energía.
La alimentación de CA está conectada al devanado primario del transformador, el devanado secundario no está conectado a la carga y la corriente secundaria es cero. Este estado se denomina operación sin carga del transformador.
La corriente del devanado primario está representada por I0. El número de vueltas del devanado primario es N1, entonces ION1 es la fuerza magnetomotriz del devanado primario cuando no hay carga.
Bajo la acción de esta fuerza magnetomotriz se produce el conmutador magnético principal cerrado por el núcleo de hierro.
Debido a que los devanados primario y secundario están en el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético principal en el núcleo de hierro pasa a través de los devanados primario y secundario al mismo tiempo, generando una fuerza electromotriz autoinducida E1 en el devanado primario y una fuerza electromotriz de inducción mutua E2. en el devanado secundario.
De acuerdo con la ley básica de la inducción electromagnética, la magnitud de esta fuerza electromotriz es proporcional al número de espiras unidas por el flujo magnético y al valor máximo del flujo magnético.
Si se ignora la caída de tensión interna del transformador, es decir, U1≈E1, U2≈E2, se puede escribir aproximadamente la siguiente fórmula:
Esta fórmula es una de las fórmulas básicas del transformador. Significa que cuando el transformador no tiene carga, la relación entre el voltaje de los devanados primario y secundario es aproximadamente igual a la relación del número de vueltas, y la relación k se denomina relación de transformación del transformador.
La alimentación de CA está conectada al devanado primario del transformador y la carga está conectada a ambos extremos del devanado secundario. Este estado se denomina operación de carga del transformador.
El lado secundario del transformador está conectado a la carga bajo la acción del devanado secundario U2, y la corriente I2 que pasa por la carga es la corriente de carga del transformador. El tamaño de I2 depende de la impedancia de carga.
La relación entre las corrientes de los devanados primario y secundario del transformador se puede analizar mediante la relación de equilibrio de fuerzas magnetomotrices.
Si el número de vueltas del devanado secundario es N2 y la corriente que pasa es I2, la fuerza magnetomotriz es m. El flujo magnético principal en el núcleo de hierro cuando el transformador está operando con una carga. Es producido por las dos fuerzas magnetomotrices I2N1 e I2N2 de los devanados primario y secundario.
Cuando el voltaje de la fuente de alimentación no cambia, el flujo magnético principal permanece básicamente sin cambios.
El flujo magnético producido por la fuerza magnetomotriz de los devanados primario y secundario es aproximadamente igual al flujo magnético producido por la fuerza magnetomotriz sin carga. Esta es la relación de balance de flujo de la operación de carga del transformador.
Dado que la corriente sin carga es muy pequeña, la fuerza magnetomotriz sin carga, Ni, también es muy pequeña y puede omitirse. Por lo tanto:
Esto muestra que cuando el devanado secundario pasa corriente, la corriente correspondiente también pasará a través del devanado primario, y la relación de la corriente en los devanados primario y secundario es aproximadamente igual a la relación inversa del número de vueltas del devanado primario y secundario. devanados
Esto muestra que el transformador no solo cambia el voltaje, sino que también cambia la corriente.
La construcción del transformador es más o menos la misma.
Los transformadores de potencia son los transformadores más utilizados.
Tómelo como un ejemplo para ilustrar la construcción del transformador.
La construcción principal del transformador incluye el cuerpo, el tanque de aceite, el dispositivo regulador de voltaje, el dispositivo de enfriamiento, el dispositivo de protección y el dispositivo de salida.
El núcleo de hierro es la parte del circuito magnético del transformador. Está fabricado según el principio de inducción electromagnética. No hay conexión eléctrica directa entre la bobina primaria y la bobina secundaria del transformador, solo la conexión magnética se forma a través del núcleo de hierro. El núcleo de hierro del transformador se puede utilizar para obtener un fuerte campo magnético, mejorar la conexión electromagnética entre las bobinas primaria y secundaria y generar inducción electromagnética. Fenómeno.
Hay tipo de núcleo y tipo de carcasa, monofásico y trifásico, tipo plano y tridimensional, núcleo laminado y núcleo enrollado. Las dos formas estructurales básicas del núcleo de hierro son el tipo de capa y el tipo de núcleo.
La bobina es la parte del circuito del transformador, que está enrollada con alambre plano aislado o alambre redondo.
Desde la perspectiva de la posición relativa entre los devanados de alta y baja tensión, los devanados del transformador se pueden dividir en dos tipos: concéntricos y superpuestos.
La bobina es la parte del circuito del transformador, que está enrollada con alambre plano aislado o alambre redondo. Desde la perspectiva de la posición relativa entre los devanados de alta y baja tensión, los devanados del transformador se pueden dividir en dos tipos: tipo concéntrico y tipo superpuesto. Los devanados de alto y bajo voltaje del devanado concéntrico están revestidos concéntricamente en la columna de núcleo de hierro. Para facilitar el aislamiento, el devanado de bajo voltaje generalmente está cerca del núcleo de hierro, y el devanado de alto voltaje está encamisado fuera del devanado de bajo voltaje. La estructura de bobinado concéntrico es simple y fácil de fabricar. Los devanados superpuestos tienen una baja reactancia de fuga y es fácil formar múltiples ramas paralelas. Se utilizan principalmente en soldadura eléctrica de baja tensión y alta corriente, transformadores de hornos eléctricos y transformadores tipo carcasa.
Dado que el transformador está sujeto a varios voltajes de trabajo durante mucho tiempo en funcionamiento, para garantizar que no haya descargas disruptivas o rupturas entre las partes vivas, y entre las partes vivas y el núcleo de hierro y el tanque de combustible, una buena estructura de aislamiento debe ser provisto.
El cable conductor del transformador se refiere al cable de conexión entre las bobinas, entre la bobina y el casquillo de salida, y entre la bobina y el interruptor de derivación.
El aislamiento de plomo del transformador es una parte importante del aislamiento interno. Algunos cables pasan entre las bobinas o entre la bobina y la abrazadera de pivote de hierro y la pared del tanque de combustible.
Por lo tanto, es necesario asegurarse de que estos cables tengan suficiente fuerza de aislamiento, es decir, la distancia de aislamiento.
El interruptor de derivación del transformador también debe tener un fuerte aislamiento.
El cambiador de tomas sin carga de 10 kv generalmente está aislado con un tubo de papel aislante enrollado como aislamiento a tierra.
La parte de contacto del cambiador de tomas sin carga con un nivel de voltaje de 35 kV y superior se instala en un tubo de papel aislante fenólico, y el tubo de papel aislante se instala luego en un marco de madera, y la manija de operación se conecta al móvil. contacto del cambiador de tomas a través de una varilla aislante de madera.
El aislamiento del cambiador de tomas en carga a tierra está compuesto por el tubo de papel aislante y la placa de conexión aislante del propio interruptor.
El tanque de aceite del transformador hace circular principalmente aceite aislante para enfriar y disipar el calor del transformador.
El aceite de transformador es un aceite mineral aislante refinado. Su función principal es aislar, enfriar y extinguir el arco del transformador.
Debido a que la resistencia eléctrica del aceite del transformador es mucho mayor que la del aire, y el núcleo y la bobina del transformador se colocan en el tanque de aceite para evitar la influencia de la humedad del aire en la bobina.
A través de la diferencia de temperatura del aceite, el aceite calentado sube a la parte superior del tanque de aceite.
Fluye hacia la tubería de aceite a través del puerto superior de la tubería de aceite, disipa el calor en la tubería de aceite y regresa al fondo del tanque de aceite después de enfriarse. El transformador logra el propósito de enfriar a través de la circulación de aceite.
Cuando se produce un arco eléctrico en el aceite, el aceite del transformador puede extinguir el arco eléctrico dentro de un cierto rango.
Los dispositivos de enfriamiento del transformador se pueden dividir aproximadamente en los siguientes tipos.
El casquillo del transformador es un dispositivo aislante que lleva los cables de la bobina del transformador a la parte superior del tanque de aceite, respectivamente.
Es el aislamiento del cable conductor a tierra (tanque de combustible) y el dispositivo de fijación del cable conductor. Por lo tanto, la carcasa debe tener resistencia de aislamiento, resistencia mecánica y estabilidad térmica.
Además, los absorbentes de humedad, los purificadores de aceite, los conservadores de aceite, los termómetros, los relés de gas, etc. son partes indispensables de los transformadores.
El devanado es la parte del circuito del transformador y, por lo general, los transformadores tienen devanados primario y secundario.
El devanado conectado a la fuente de alimentación, es decir, la bobina que recibe alimentación de CA externa, se denomina devanado primario.
El devanado conectado a la carga, es decir, la bobina que emite energía eléctrica al exterior, se denomina devanado secundario.
De acuerdo con los diferentes métodos de devanado, los devanados del transformador se pueden dividir en devanados de capa, devanados continuos, devanados en espiral y devanados de lámina.
Se utiliza principalmente para el devanado de regulación de voltaje de transformadores pequeños y medianos y transformadores grandes.
Puede enrollarse con un solo hilo o con varios hilos planos en paralelo.
Se puede fabricar en tipo de barril de una sola capa, doble capa o multicapa.
El papel aislante o el paso de aceite entre las capas depende del voltaje entre las capas y la disipación de calor de los devanados.
Se compone de varias tortas de alambre enrolladas con alambre plano envuelto en papel, y cada torta de alambre se enrolla continuamente en varias vueltas en secuencia.
El bobinado continuo tiene alta resistencia mecánica, buena disipación de calor y puede adaptarse a los requisitos de capacidad y voltaje, pero el proceso de bobinado es más complicado y hay más conexiones desde el exterior.
Se pueden enrollar cables simples o múltiples en paralelo, dejando espacios entre las vueltas y relleno entre los espacios para formar el paso de aceite radial del devanado.
El devanado en espiral es fácil de enrollar y tiene buenas condiciones de enfriamiento.
No es aplicable si el devanado tiene un gran número de vueltas.
Generalmente se usa para una capacidad trifásica de 630 kV•A o más, voltaje de 35 kV y menos, devanados de alta corriente y devanados de regulación de voltaje de transformadores de regulación de voltaje en carga.
Es un devanado que utiliza papel de aluminio o abrazaderas de cobre como conductor.
La estructura de la abrazadera se compone de una capa de abrazaderas conductoras y una capa de aislamiento delgado entrelazadas de manera uniforme y firme.
La superficie de contacto de los conductores entre capas es grande y el espacio es pequeño, y la capacidad de soportar cortocircuitos es fuerte.