Com funcionen els transformadors de potència?
Els transformadors de potència transfereixen energia elèctrica mitjançant un camp magnètic canviant. Una tensió alterna aplicada a un bobinat estableix un flux magnètic altern, que indueix tensió en un altre bobinatge enllaçat per aquest flux. Quan es connecta una càrrega, el corrent flueix al circuit de sortida i el transformador extreu la potència d'entrada corresponent, juntament amb les seves pèrdues.
La relació entre les espires del bobinatge determina la relació de tensió bàsica. No genera energia addicional. Aquesta explicació fa servir un transformador de CA convencional de dos bobinatges com a punt de partida; Els dissenys pràctics afegeixen aïllament, refrigeració i altres característiques per mantenir aquest procés dins dels límits elèctrics i tèrmics de l'equip.
Com la tensió alterna crea el flux magnètic
El bobinatge connectat a la font s'anomena bobinatge primari. Quan s'aplica tensió CA, el flux magnètic canvia contínuament. En un transformador convencional, el nucli magnètic proporciona un camí que enllaça els bobinatges i suporta el seu acoblament electromagnètic.
La seqüència és més fàcil d'entendre com a procés: s'aplica tensió CA al primari, el flux altern enllaça els bobinatges i s'indueix tensió al secundari. Són efectes electromagnètics connectats, no accions mecàniques separades. No hi ha generador giratori dins d'un transformador de potència convencional.
El paper del nucli és magnètic. No és un cable que transporta el corrent primari al circuit secundari. En un transformador normal amb bobinatges separats, l'energia es transfereix mitjançant un acoblament magnètic mentre que el sistema d'aïllament proporciona la separació dissenyada entre els circuits.
Com s'indueix la tensió a l'altre bobinatge
Un bobinatge enllaçat mitjançant un flux magnètic canviant desenvolupa una tensió induïda. Per tant, el bobinatge secundari té una tensió als seus terminals fins i tot abans que una càrrega externa en tregui corrent. La connexió d'una càrrega adequada completa un circuit de sortida i permet que el transformador subministra energia a aquesta càrrega.
Aquesta distinció separa la tensió de la potència subministrada. Un secundari energitzat sense càrrega connectada pot tenir tensió present sense proporcionar una potència de càrrega útil. No s'ha de tractar com a segur simplement perquè cap aparell o circuit no treu corrent.
"Primari" i "secundari" identifiquen els rols d'entrada i sortida a l'explicació. No signifiquen automàticament alta tensió i baixa tensió. En una aplicació augmentada, el bobinatge d'entrada funciona a la tensió més baixa; en una aplicació reduïda, funciona a la tensió més alta.
Com la relació de girs canvia la tensió
En el model ideal de dos bobinatges, la relació de tensió de bobinatge segueix la relació de voltes:
V2 / V1 = N2 / N1
V1 i V2 són les tensions del bobinat primari i secundari; N1 i N2 són el nombre de voltes corresponent. Més voltes secundàries donen una tensió secundària més alta. Menys voltes secundàries donen una tensió més baixa.
Per a un transformador ideal purament il·lustratiu, una relació de spires primari a secundària de 2:1 reduiria 200 V a través del bobinatge primari a 100 V a través del secundari. Aquest és un exemple didàctic, no una qualificació de producte JSGK ni una recomanació de disseny.
Operació de pujada i baixada
| Relació | Resultat de tensió | Significat |
|---|---|---|
| Més girs secundaris que girs primaris | Major tensió del bobinatge secundari | Operació de pujada |
| Menys girs secundaris que girs primaris | Tensió inferior del bobinatge secundari | Operació reduïda |
| Torns iguals | Tensió ideal de bobinat igual | Cap canvi de tensió nominal en aquest model simplificat |
Les tensions reals dels terminals es veuen afectades per la impedància, la càrrega i les condicions de funcionament. Per a un transformador trifàsic, la relació entre les tensions del bobinat i les tensions de línia també depèn de les connexions del bobinat. No apliqueu una fórmula de bobinat monofàsic directament a les classificacions de línia a línia sense comprovar la disposició de la connexió.
Què canvia quan es connecta una càrrega?
Quan el secundari subministra una càrrega, el corrent secundari produeix un efecte magnètic al qual s'oposa un component addicional del corrent primari. El transformador consumeix més corrent d'entrada segons sigui necessari per subministrar la càrrega, subjecte a les seves capacitats i condicions de funcionament.
La càrrega determina quanta intensitat es demana; la classificació de la placa d'identificació del transformador és un límit en condicions especificades, no un corrent que força a cada circuit connectat. Un transformador lleugerament carregat no ofereix contínuament la seva sortida nominal completa.
| Condició | Cara secundària | Càrrec primari |
|---|---|---|
| Alimentat sense càrrega externa | Pot haver-hi tensió, sense corrent de càrrega externa | Es mantenen les pèrdues reals de corrent d'excitació i sense càrrega |
| Subministrament d'una càrrega | El corrent de càrrega flueix segons el circuit connectat | El corrent d'entrada inclou la demanda necessària per subministrar la càrrega |
Per què una tensió més alta no crea potència addicional
En un transformador ideal, equilibri de potència d'entrada i sortida. L'augment de la tensió correspon a un corrent més baix per a la mateixa potència transferida i condicions de factor de potència comparables. La potència de sortida real és inferior a la potència d'entrada perquè els transformadors reals tenen pèrdues.
La capacitat del transformador s'expressa habitualment en kVA o MVA, que descriuen la potència aparent. Aquests valors no s'han de tractar com a idèntics a kW o MW sense tenir en compte el factor de potència. Una relació de tensió per si sola és insuficient per calcular la capacitat del transformador necessària d'un projecte.
Per què els transformadors reals tenen pèrdues i límits de temperatura
El corrent que flueix a través de la resistència del bobinat produeix calor. El flux magnètic alternatiu també produeix pèrdues del nucli, incloent-hi histèresi i efectes de corrents de Foucault. Altres pèrdues depenen del disseny i les condicions de funcionament.
Es mantenen algunes pèrdues mentre el transformador s'engega amb poca o cap càrrega; altres augmenten amb la càrrega. És per això que un transformador pràctic no es pot representar només per una equació de relació voltatge ideal.
La refrigeració elimina la calor perquè l'equip pugui funcionar dins dels límits de temperatura especificats. No elimina pèrdues elèctriques ni fa possible la càrrega il·limitada. El servei permès depèn del transformador real, la seva disposició de refrigeració i el seu entorn. No s'aplica cap xifra única d'eficiència o augment de temperatura a tots els transformadors de potència.
Els transformadors de tipus sec i submergits en oli funcionen de manera diferent?
Ambdues famílies utilitzen inducció electromagnètica. Les seves diferències importants es refereixen a com s'aïlla, es refreda i s'instal·la el conjunt actiu, en lloc d'un mètode fonamental diferent per canviar la tensió.
Un transformador de tipus sec utilitza el seu aïllament sòlid especificat i la disposició de refrigeració relacionada amb l'aire. Un disseny submergit en oli utilitza líquid aïllant juntament amb aïllament sòlid, amb un mitjà específic del disseny per transferir calor. Els materials particulars, tancament i equips de refrigeració s'han de comprovar en la documentació tècnica aprovada.
El Visió general del transformador JSGK fa referència a les famílies de tipus sec i immerses en oli com a equips de suport per a projectes elèctrics integrats. Aquestes referències ajuden a emmarcar una discussió de selecció; no són un catàleg verificat de models autònoms de fabricació de transformadors JSGK.
Què significa això per a un projecte de subestació
Entendre el procés ajuda a explicar per què les especificacions del projecte demanen tensió, freqüència, capacitat, disposició de connexió i condicions de refrigeració. Cadascun descriu una part diferent del deure operatiu requerit.
- Tensió d'entrada i sortida: definir la interfície elèctrica a cada costat.
- Freqüència: ha de coincidir amb les condicions de funcionament previstes de l'equip.
- Capacitat: estableix el deure de càrrega requerit en condicions especificades.
- Connexions: afecten la interfície del sistema, incloses les relacions trifàsiques.
- Refrigeració i medi ambient: influir en el servei tèrmic permès.
JSGK configuració de subestació tipus caixa col·loca els requisits del transformador juntament amb els armaris d'alta i baixa tensió, el tancament i els sistemes auxiliars. El transformador transfereix energia entre nivells de tensió; l'equip circumdant ofereix les seves pròpies funcions de commutació, protecció i distribució.
Preguntes freqüents
Pot funcionar un transformador de potència convencional amb CC constant?
No es pot subministrar amb CC constant de la mateixa manera que la seva font nominal de CA. El corrent continu constant no proporciona el flux altern continu necessari per al funcionament normal i pot causar un corrent perjudicial. Això no vol dir que els convertidors electrònics basats en transformadors no puguin utilitzar una font de corrent continu; aquests convertidors creen una forma d'ona canviant mitjançant circuits de commutació.
Un transformador canvia la freqüència?
Un transformador de CA convencional no converteix la freqüència de subministrament. La transformació de tensió és diferent de la conversió de freqüència.
Tots els transformadors estan aïllats elèctricament?
No. Els dissenys de bobinatge separat i els autotransformadors tenen diferents disposicions de circuits. No inferiu l'aïllament galvànic només de la paraula "transformador"; comproveu el disseny real.
Connecteu el principi amb el deure requerit
Un transformador de potència funciona mitjançant canvis de flux, voltatge induït i transferència d'energia depenent de la càrrega. El seu rendiment real depèn del disseny i les condicions de funcionament. Per a un projecte de distribució integrada, discutiu els vostres requisits de tensió, capacitat i interfície del sistema amb JSGK utilitzant el diagrama unifilar del projecte i els requisits tècnics aprovats.