Výkonový transformátor: Design, Hodnocení, Ztráty, Účinnost, Použití

by
  • Definice výkonového transformátoru
  • Návrh výkonového transformátoru
  • Schéma výkonového transformátoru
  • Hodnocení výkonového transformátoru
  • Ztráty výkonového transformátoru
  • Účinnost výkonového transformátoru
  • Aplikace výkonového transformátoru (v rozvodně)
  • Údržba výkonového transformátoru
  • Porucha napájecího transformátoru

Definice výkonového transformátoru

Typický transformátor lze definovat jako „Zařízení, které přenáší elektrickou energii mezi elektrickými obvody.“ Jedná se o pasivní a statické zařízení. Silový transformátor je svého druhu. Výkonové transformátory se používají k propojení napětí v síti a zesílení napětí v systému distribuce energie. 

Typický výkonový transformátor má životnost přibližně 30 let.

Pólový transformátor 2
Silový transformátor, Image Credit - ZngZng, Pólový transformátor 2, CC BY-SA 4.0

Návrh výkonového transformátoru

Typický transformátor se skládá z částí -

  • A. Kovové jádro
  • B. Dvě vinutí složená z cívek

Silový transformátor má stejné součásti jako normální. Navíc má chladicí systém a kovový skelet, který je laminován plechy. V závislosti na struktuře jádra může být výkonový transformátor buď typu skořepiny, nebo typu jádra. Může to být také třífázový nebo jednofázový typ. Třífázový může být vyroben ze tří jednofázových transformátorů.

Primární a sekundární vinutí jsou ovinuty pomocí vodičů buď zevnitř nebo zvenčí jádra. Jednofázové a třífázové oba transformátory potřebují pro umístění vinutí „banku“. Pokud použijeme tři jednofázové transformátory, je nutné identifikovat každou banku izolovanou od ostatních. Pokud některá z bank selže, pak také transformátor zajistí nepřetržitý provoz. Ale v případě jediného třífázového transformátoru to nebude fungovat, pokud banka selže.

Všechna tato nastavení s jádrem jsou uložena uvnitř kostry. Kostra je absorbována uvnitř ohněm chráněného oleje. Olej zajišťuje izolaci i chlazení. K dispozici je sběrnice (izolátory), která umožňuje vodiči dělat svou práci bez zasahování do vnější struktury. Transformátory také potřebují chladicí zařízení. Proces může sloužit ventilátor nebo jiný proces.

Schéma silového transformátoru

660px Vermogentransformator 1
Části výkonového transformátoru, Najděte podrobnosti ve zdroji, Zdroj obrázku - 37 at nl. Wikipedie, Vermogentransformátor 1, CC BY-SA 3.0

Hodnocení přenosu energie

Transformátory jsou dimenzovány na základě výkonu, který může dodávat do zátěže. Pokud transformátor dává na výstup 5 voltů a proud 4 ampéry, pak bude hodnocení transformátoru 5 * 4 = 20 voltový ampér. Proto jsou transformátory dimenzovány na volt - ampér (VA) nebo kilovolt - ampér (kVA). Obvykle pracuje pro vyšší napětí a je dimenzováno v kilovoltových ampérech.

Silový transformátor je nákladnou součástí distribučního systému. Pokud výkon není proveden správně, může dojít k vyhoření transformátoru. Je tedy nutné přesně ohodnotit výkonový transformátor. Aktuální hodnotu lze vypočítat pomocí průměru cívky vinutí. Napětí lze vypočítat pomocí počtu otáček nebo pomocí poměru otáček.

Ztráty výkonového transformátoru

Výkonový transformátor utrpí ztrátu, protože to není ideální transformátor. Ztráta transformátoru znamená ztrátu energie. Ztráty transformátoru lze rozdělit do čtyř kategorií. Oni jsou -

  • A. Ztráta jádra / ztráta železa (ztráta hystereze a ztráta vířivého proudu)
  • B. Dielektrická ztráta
  • C. Ztráta mědi nebo ohmická ztráta
  • D. Ztráta zbloudilosti

A. Ztráta jádra / ztráta železa:

Tyto ztráty se také nazývají „Ztráty bez zátěže“. Tyto transformátory trpí takovými ztrátami, kdykoli je připojen k napájení, i když na sekundární straně není s ním spojeno žádné zatížení. Tyto typy ztrát jsou konstantní a nekolísají. Ztráta železa je také dvojího druhu -

  • A. Hysterezní ztráty
  • b. Ztráty vířivými proudy

A. Ztráty hystereze:

  • Uvnitř jádra transformátoru dochází ke střídavé magnetizační síle. Díky magnetizační páce byla sledována hysterezní smyčka a energie se rozptýlila ve formě tepla. Ztráty hystereze způsobují ztrátu bez zátěže 50% až 80%.

Ph = η * Bmax * n * f *V

Ph = Ztráta hystereze

η = Steinmetzův hysterezní koeficient

Bmax = Maximální hustota toku

n = Steinmetzův exponenet

f  = frekvence magnetických zvratů za sekundu

V = objem magnetického materiálu

b. Ztráta vířivými proudy:

  • Ke ztrátě vířivých proudů dochází v důsledku Faradayova indukčního zákona. V obvodu jádra je indukován emf v důsledku magnetického toku. Tento emf způsobuje tok proudu strukturou jádra, protože je tvořen železem. Tento proud je známý jako vířivý proud. Vířivý proud není pro práci v tomto obvodu užitečný. Ztráta energie v důsledku tohoto proudu je známá jako ztráta vířivým proudem. Ztráty vířivými proudy jsou odpovědné za 20% až 50% ztráty bez zátěže.

Ztráta je dána -

Pe = K.e * Bmax2 * f * V * t2

Pe = Ztráta vířivým proudem

Ke = Konstanta vířivého proudu

Bmax = Maximální hustota toku

f  = frekvence magnetických zvratů za sekundu

V = objem magnetického materiálu

t = magnetická tloušťka

B. Dielektrické ztráty:

  • Důvodem této ztráty jsou izolátory umístěné uvnitř transformátorů. Není to významná ztráta a přispívá 1% z celkových ztrát naprázdno.

C. Ztráta mědi nebo ohomická ztráta:

  • Tento typ ztráty ve výkonovém transformátoru lze nazvat Ztráty zátěže, protože transformátory trpí tímto typem ztráty v důsledku zkratových podmínek nebo při připojení k zátěži. Zdrojem ztráty je odpor vinutí drátu. Protože většina kabelů je vyrobena z mědi, ztráta je pojmenována po tom.

D. Ztráta zbloudilosti:

  • K této ztrátě dochází v důsledku únikového toku. Tok úniku závisí na několika parametrech, jako je - geometrická struktura vinutí, velikost nádrže atd. Změna těchto parametrů může také snížit ztráty. Je to zanedbatelná ztráta.

Existují také některé další ztráty. Jednou z nich jsou pomocné ztráty. Chladicí systém transformátoru způsobuje tento typ ztráty. Rovněž nevyvážený a zkreslený výkon má za následek některé ztráty navíc.

Účinnost výkonového transformátoru

Účinnost elektrického zařízení se udává jako poměr výstupního výkonu k příkonu. Je to dáno - η.

η = výstup / vstup * 100%

V praktickém scénáři má transformátor ztráty, jak již bylo zmíněno dříve. Tato ztráta se číselně rovná rozdílu mezi vstupním a výstupním výkonem, tj. -

Ztráta = vstupní výkon - výstupní výkon

Nebo výstupní výkon = vstupní výkon - ztráta

Nyní lze napsat účinnost -

η = (ztráta vstupního výkonu) / vstupní výkon * 100%

η = 1- (ztráta / vstupní výkon) * 100%

Může být také napsán jako -

η = (V2I2Cosϕ / (V.2I2Cosϕ + Pi+ Pc ))* 100%

Kde,

V2 = Sekundární napětí

I2 = Sekundární proud

Cos ϕ = účiník

Pi = Ztráta železa / Ztráta jádra

Pc = Ztráta mědi

Velký výkonový transformátor může dosáhnout účinnosti až 99.75% a malý transformátor může dosáhnout účinnosti až 97.50%. Pokud účinnost výkonového transformátoru zůstane v rozmezí 98 až 99.50%, bude to považováno za dobré.

Potřeba energie se zvyšuje skokově a omezeně. V případě distribuce energie je jedním ze základních nástrojů potřebný silový transformátor. I když jsou navrženy pro vyšší účinnost, je potřeba vyšší účinnosti s ohledem na životní prostředí a sníženou spotřebu energie. Cesta k tomuto cíli je snižování ztrát.

Aplikace výkonového transformátoru (napájecí transformátor v rozvodně)

330px transformátorová vápencová generovací stanice 1
Silový transformátor v rozvodně, zdroj obrazu - Jasonbook99, Stanice na výrobu transformátoru a vápence, CC BY-SA 3.0

Transformátory jsou jednou z nejdůležitějších a nejneuvěřitelnějších inovací v oblasti elektrotechniky. V systému distribuce energie se nejvíce využívají silové transformátory. Některé z aplikací jsou -

  • Výkonové transformátory se používají v systémech výroby a distribuce energie.
  • V rozvodnách se používají výkonové transformátory. Rozvodna transformuje vyšší elektrická napětí na nižší napětí a výkonový transformátor to funguje. jedná se o nejkritičtější zařízení rozvodny.
  • Snížení ztrát energie při přenosu energie. Transformátory pomáhají minimalizovat výkon, a tak lze dodávat elektřinu do všech oblastí.
  • Zvýšení a snížení napětí podle potřeby.
  • Výkonové transformátory pracují nepřetržitě a zajišťují napájení 24 * 7. Tudíž, když to musíme dělat vždy, lze použít transformátor.
  • Najdete je také v uzemňovacích transformátorech, izolačních transformátorech.

Údržba výkonového transformátoru

Výkonové transformátory jsou drahé, objemné a nezbytnou součástí systému distribuce energie. Transformátor tedy vyžaduje vysokou kvalitu údržby. Údržba může být dvou typů - denně a v době nouze. U tohoto typu transformátoru, který je umístěn v rozvodně, se velmi doporučuje pravidelná údržba. Některé typy údržby jsou uvedeny níže -

Pravidelná údržba:

  1. Kontrola hladiny oleje
  2. Udržovat hladinu oleje na požadované úrovni.
  3. K utěsnění úniku, pokud je detekován.
  4. K výměně silikagelu, pokud se barva změní na růžovou.

Měsíční údržba:

  1. Hladina oleje, aby nedošlo k poškození.
  2. Zkontrolovat pouzdra.
  3. Čištění skeletu.

Půlroční údržba:

  1. Zkontrolovat IFT, DDA, body vzplanutí.
  2. Ke kontrole kyselosti, obsahu vody a dielektrické pevnosti.

Roční údržba:

  1. Zkontrolujte stav oleje - situaci z hlediska obsahu vlhkosti a dielektrické pevnosti.
  2. Zkontrolovat všechny poplachové a ovládací spínače.
  3. Měření a kontrola uzemnění.
  4. Kontrola pouzder a jejich čištění.
  5. Zkontrolovat zařízení tiskové zprávy.

Porucha napájecího transformátoru

Typický elektrický transformátor je ve svých obvodech poměrně složitý. Silový transformátor je složitější, protože má některé další prvky. Transformátor selže vyhořením nebo vypnutím transformátoru. Může dojít k selhání transformátoru z několika důvodů. Mechanické poruchy, pravidelná údržba, přírodní kalamita jako blesk mohou vést transformátor ke zničení.

  • Transformátory během provozu generují teplo. Pokud existuje materiál nízké kvality pro izolaci, pak by generované teplo vedlo k hoření.
  • Přetížená podmínka je další příčinou transformátorů.
  • Staré transformátory mohou způsobit poruchu. U starých transformátorů jsou významné mechanické poruchy.
  • Pokud obsah vlhkosti oleje kolísá od jmenovitých hodnot, může to také vést k poruše.

Poruchě napájení lze zabránit pravidelnou údržbou. Informace založené na předchozích poruchách také pomáhají detekovat známky výpadku napájení dříve, než k incidentu dojde.

Chcete-li vědět více o transformátoru klikněte zde