Elektrik sistemlərində voltajın dəyişdirilməsini nə qədər bir tranzformator təmin edir

Nə qədər elektrikli sistemlərdə enerji transformatorları voltajın dəyişməsinə kömək edir?

Enerji transformatorları, elektrikli sistemlərdə alternativ cərəyan (AC) voltajını artırmaq və ya azaltmaq üçün istifadə olunan əsas cihazlardır. Onlar frekvansı dəyişmədən, elektromaqnit induksiyaya əsaslanaraq, elektrik enerjisini bir voltaj səviyyəsindən başqa bir səviyyəyə dəyişdirirlər. Transformatorlar, enerjinin nəqlində və paylanmasında əhəmiyyətli rol oynayır, nəqlin effektivliyini artırır, zərərləri azaldır və elektrik sistemlərinin təhlükəsiz və sabit işləməsini təmin edir.

1. Transformatorların Əsas İşləmə Prinsipi

Transformatorlar Faradayın Elektromaqnit Induksiyası Qanunu əsasında işləyirlər. Onların əsas strukturu iki bobinadan ibarətdir: asılı bobina və ikinci bobina, hər ikisi ortaq demir çekirde etrafında sarılır. Demir çekirdek, maqnit sahəni mürəkkəbələşdirir və gücləndirir, enerjinin nəqlinin effektivliyini artırır.

• Asılı Bobina: Enerji mənbəsi ilə birləşdirilir və daxili voltajı alır.

• İkinci Bobina: Yük ilə birləşdirilir və çıxış voltajını verir.

Alternativ cərəyan asılı bobina içində axındakı zaman, demir çekirdekdə dəyişən maqnit sahə yaradılır. Faradayın qanuna görə, bu dəyişən maqnit sahə ikinci bobinada elektrodinamik kuvvet (EMF) yaratır, ki, bu da cərəyan yaratır. Asılı və ikinci bobinalar arasındakı sarılma sayı nisbətinin dəyişdirilməsi vasitəsilə voltajın dəyişdirilməsi mümkün olur.

2. Voltaj Dəyişmə Prinsipi

Transformatorun voltaj dəyişmə qabiliyyəti, asılı və ikinci bobinalar arasındakı sarılma sayı nisbətinə bağlıdır. Bu əlaqə voltaj nisbəti düsturu tərəfindən təsvir olunur:

Burada:

• V1 asılı bobinanın daxili voltajıdır.

• V2 ikinci bobinanın çıxış voltajıdır.

• N1 asılı bobinanın sarılma sayıdır.

• N2 ikinci bobinanın sarılma sayıdır.

Sarılma sayı nisbətinin dəyişdirilməsi vasitəsilə müxtəlif voltaj dəyişmələri mümkündür:

• Yüksəltmə Transformatoru: İkinci bobinanın N2 sarılma sayı asılı bobinanın N1 sarılma sayısından böyük olduğunda, çıxış voltajı V2 daxili voltaj V1-dən yüksəkdir, yəni V2 > V1. Yüksəltmə transformatorları, uzun məsafələrdə nəqli zaman zərərləri azaltmaq üçün aşağı voltajı yüksək voltaja çevirmək üçün istifadə olunur.

• Aşağılatma Transformatoru: İkinci bobinanın N2 sarılma sayı asılı bobinanın N1 sarılma sayısından az olduğunda, çıxış voltajı V2 daxili voltaj V1-dən aşağıdır, yəni V2 < V1. Aşağılatma transformatorları, yüksək voltajı aşağı voltaja çevirmək üçün istifadə olunur, adətən yüksək voltajlı nəqli xətləri ev və sanayi istifadəsi üçün uyğun voltajlara çevirmək üçün istifadə olunur.

3. Transformatorlardakı Güc Münasibəti

Enerjinin saxlanılması qanununa görə, transformatorun daxili və çıxış gücü nəzərə alınmayan kiçik enerji zərərlərini nəzərə alsaq, nöqtə-nöqtə bərabərdir. Transformatorlardakı güc münasibəti aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:

Burada:

• I1 asılı bobinanın daxili cərəyanıdır.

• I2 ikinci bobinanın çıxış cərəyanıdır.

Voltaj və cərəyan tərs orantılı olduğu üçün, voltaj artıqca, cərəyan azalır, və vice versa. Bu, nəqli xətlərdəki zərərləri azaltmağa kömək edir, çünki zərərlər cərəyanın kvadratına mütənasibdir (Ploss = I² × R). Voltajın artırılması cərəyanı azaltdığından, zərərlər minimallaşır.

4. Enerji Sistemlərində Transformatorların Tətbiqi

Transformatorlar enerji sistemlərində bir neçə əsas tətbiq sahəsi var:

• Enerji Istismar Məntəqələri:Enerji istismar məntəqələrində turbinlər tərəfindən yaradılan voltaj adətən aşağıdır (məsələn, 10 kV). Uzun məsafələrdə nəqli zaman zərərləri azaltmaq üçün, step-up transformatorları istifadə edərək voltajı yüz min volt (məsələn, 500 kV) həddinə qədər artırırlar və sonra yüksək voltajlı nəqli xətlər üzərində elektrik nəql edilir.

• Nəqli Sistemi:Yüksək voltajlı nəqli xətlər, enerji istismar məntəqələrindən müxtəlif bölgələrə elektrik nəqlində istifadə olunur. Nəqli sistemlərdə, step-up transformatorları geniş istifadə edərək voltajı artırırlar, cərəyanı azaltdıqları və xətt zərərlərini minimallaşdırdıqları kimi.

• Substantsiyalar:Substantsiyalar, nəqli və paylama sistemləri arasında əsas nöqtələrdir. Substantsiyalarda, step-down transformatorları istifadə edərək, yüksək voltajlı nəqli xətlərin voltajını lokal paylama üçün uyğun seviyyələrə (məsələn, 110 kV, 35 kV və ya 10 kV) endirirlər.

• Paylama Sistemi:Paylama sistemlərində, step-down transformatorları voltajı ev və sanayi istifadəsi üçün uyğun seviyyələrə (məsələn, 380 V və ya 220 V) endirirlər. Bu transformatorlar adətən ev sahələri və ya sanayi obyektləri yaxınlığında quraşdırılır, təhlükəsiz və effektiv enerji təminatını təmin edirlər.

• Xüsusi Tətbiqlər:Demiryolu traksiya sistemləri, tibbi cihazlar və kommunikasiya cihazları kimi xüsusi tətbiqlərdə, transformatorlar bu cihazların düzgün işləməsi üçün xüsusi voltaj və cərəyan tələblərini təmin etmək üçün istifadə olunur.

5. Transformatorların Növləri

Fərqli tətbiq sahələri və dizayn xüsusiyyətlərinə görə, transformatorlar bir neçə növə bölünə bilər:

• Bir Fazlı Transformatorlar:Bir fazlı AC sistemlərində istifadə olunur, adətən ev və kiçik ticarət enerji təchizatında tapılır.

• Üç Fazlı Transformatorlar:Üç fazlı AC sistemlərində istifadə olunur, geniş şəkildə endüstriy, ticarət və böyük ölçülü enerji nəqli sistemlərində tətbiq olunur. Üç fazlı transformatorlar daha yüksək enerji nəqli kapasite və daha yaxşı effektivlik təmin edir.

• Yağda Doymuş Transformatorlar:Soğutma və izolyasiya materialı kimi izolyasiya yağdan istifadə edir, yüksək kapasiteli və yüksək voltajlı tətbiqlər üçün uyğundur. Yağda doymuş transformatorlar ideal soğuma və yüksək izolyasiya qüvvəsi təmin edir, onları substantsiyalar və nəqli sistemlər üçün ideal edir.

• Göyüşdürülməyən Transformatorlar:Sıvı soğutma medianı istifadə etmir, yerinə doğal hava soğutması və ya məcburi hava soğutması nəticəsində işləyirlər. Göyüşdürülməyən transformatorlar daha kiçik ölçülərə malikdir, daha az inkişaf tələb edir və ofis binaları və hastanelər kimi sıx tələblər olan mühitlər üçün uyğundur.

• Avtotransformatorlar:Asılı və ikinci bobinalar eyni bobinanın bir hissəsini paylaşır, voltaj dəyişiklikləri nisbətən kiçik olan tətbiqlər üçün uyğundur. Avtotransformatorlar daha sadə struktur və daha yüksək effektivlik təmin edir, amma gələcək təhlükəsizlikdən daha aşağıdır, adətən xüsusi voltaj regulasiya tətbiqlərində istifadə olunur.

6. Transformatorların Avtomatika Faydaları

• Yüksək Effektivlik:Transformatorlar çox yüksək enerji çevirme effektivliyinə malikdir, adətən 95%-dən yuxarı. Cəlbetən transformatorlar modern materiallar və texnologiyaları istifadə edərək effektivliyi artırır və enerji zərərlərini azaldır.

• Hərəkət Eden His