Электр жүйелерінде күчті трансформатор қалай напряжение түрлендіреді

Электр жүйелерінде энергия трансформаторлары қалай напряжение трансформациясын ұйымдасдыратыны?

Энергия трансформаторлары - электр жүйелеріндегі маңызды күрделілер, олар альтернативті ток (AC) напряжемені арттыру немесе азайту үшін қолданылады. Олар электромагниттік индукция принципіне негізделген, бірақ тақырыпты өзгертумен, электр энергиясын бір напряжеменінен екінші напряжеменіне трансформациялауға мүмкіндік береді. Трансформаторлар энергия өту және тарату жүйелерінде маңызды рөл атқарады, өткізу эффективтілігін жою, жоюларды азайту, электр жүйелерінің қауіпсіз және стабилді қызмет етуін қамтамасыз етеді.

1. Трансформаторлардың негізгі іске қосылу принципі

Трансформаторлар Фарадей электромагниттік индукция заңына негізделген. Олардың негізгі құрылымы - екі виткалық: бастапқы виткалық және соңғы виткалық, екеуі де бір құрылымдағы темір ядро айналып отырады. Темір ядро магниттік аймақты концентраттау және жақсарту үшін пайдаланылады, энергия өту эффективтілігін жақсартады.

• Бастапқы виткалық: Энергия басқаруына қосылатын, ол бастапқы напряжение алады.

• Соңғы виткалық: Затты қосылатын, ол шығыс напряжение береді.

Альтернативті ток бастапқы виткалыққа өткенде, темір ядрода өзгеріп туратын магниттік аймақ пайда болады. Фарадей заңына сәйкес, бұл өзгеріп туратын магниттік аймақ соңғы виткалықта электродинамикалық күш (EMF) әрекеттенеді, ол да ток әрекеттенеді. Бастапқы және соңғы виткалықтардың виткаларының қатынасын өзгерту арқылы напряжение трансформациясы жасалады.

2. Напряжение трансформациясының принципі

Трансформатордың напряжение трансформациясының мүмкіндігі бастапқы және соңғы виткалықтардың виткаларының қатынасына байланысты. Бұл қатынас напряжение қатынасы формуласымен сипатталады:

Мұнда:

• V1 - бастапқы виткалықтың бастапқы напряжение.

• V2 - соңғы виткалықтың шығыс напряжение.

• N1 - бастапқы виткалықтың виткаларының саны.

• N2 - соңғы виткалықтың виткаларының саны.

Виткалардың қатынасын өзгерту арқылы әртүрлі напряжение трансформациялары жасалады:

• Жоғарылаушы трансформатор: Егер соңғы виткалық N2 виткаларының саны бастапқы виткалық N1 виткаларының санынан артық болса, шығыс напряжение V2 бастапқы напряжение V1-ден жоғары болады, яғни V2 > V1. Жоғарылаушы трансформаторлар кеңістікті өткізу жүйелерінде ұзақ қашықтықта энергия жоюларын азайту үшін төмен напряжеменін жоғары напряжеменге арттыру үшін қолданылады.

• Төмендетуші трансформатор: Егер соңғы виткалық N2 виткаларының саны бастапқы виткалық N1 виткаларының санынан төмен болса, шығыс напряжение V2 бастапқы напряжение V1-ден төмен болады, яғни V2 < V1. Төмендетуші трансформаторлар тарату жүйелерінде жоғары напряжеменін төмен напряжеменге азайту үшін қолданылады, мысалы, жоғары напряжеменін жүйелерге және өнеркәсіптік пайдалануға ыңғайлы напряжеменге айналдыру үшін.

3. Трансформаторларда энергия қатынасы

Энергия сакталу заңына сәйкес, трансформатордың енгізілген энергиясы мен шығыс энергиясы терең өзара тең (аз энергия жоюларын ескермей). Трансформаторда энергия қатынасы былай баяндalanadы:

Мұнда:

• I1 - бастапқы виткалықтың енгізілген ток.

• I2 - соңғы виткалықтың шығыс ток.

Напряжение және ток теріс пропорционалды, сондықтан напряжение өссе, ток төмендейді, және керісінше. Бұл өткізу жолдарында энергия жоюларын азайтуға көмектеседі, себебі энергия жоюлары токтың квадратына пропорционал (Ploss = I2 × R). Напряжение өсіргенде, ток төмендейді, сондықтан жоюлар минималдау болады.

4. Энергия жүйелеріндегі трансформаторлардың қолданылуы

Энергия жүйелерінде трансформаторлардың бірнеше маңызды қолданылуы бар:

• Энергия станциялары:Энергия станцияларында турбиналар тағын төмен напряжеменін (мысалы, 10 кВ) өндіреді. Ұзақ қашықтықта өткізу уақытында энергия жоюларын азайту үшін, жоғарылаушы трансформаторлар өткізу жолдарында электр энергиясын ондаған киловольтқа (мысалы, 500 кВ) арттыру үшін қолданылады.

• Өткізу жүйелері:Жоғары напряжемендегі өткізу жолдары энергия станцияларынан аралық региондарға электр энергиясын өткізуге қолданылады. Өткізу жүйелерінде токты азайту және жолдағы жоюларды минималдау үшін жоғарылаушы трансформаторлар кеңінен қолданылады.

• Подстанциялар:Подстанциялар өткізу және тарату жүйелерінің маңызды қоңырлары болып табылады. Подстанцияларда төмендетуші трансформаторлар өткізу жолдарының жоғары напряжеменін тарату үшін ыңғайлы напряжеменге (мысалы, 110 кВ, 35 кВ немесе 10 кВ) төмендету үшін қолданылады.

• Тарату жүйелері:Тарату жүйелерінде төмендетуші трансформаторлар напряжение төмендету үшін ыңғайлы напряжеменге (мысалы, 380 В немесе 220 В) төмендету үшін қолданылады. Бұл трансформаторлар адатта ауылшаруа немесе өнеркәсіптік объекттерге жақын орналастырылады, өткізу процесін қауіпсіз және эффективті ұйымдастыру үшін.

• Арнайы қолданылуы:Жол тартылу, медициналық түрілер, және хабарландыру құрылғылары сыныптарында трансформаторлар белгілі бір напряжемен және ток талаптарын қанағаттандыру үшін қолданылады, бұл құрылғылардың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

5. Трансформаторлар түрлері

Қолданылу сценарияларына және дизайнына байланысты трансформаторлар бірнеше түрге бөлінеді:

• Бір фазалы трансформаторлар:Бір фазалы AC жүйелерінде қолданылады, адатта жергілікті және кіші коммерциялық энергия қызметтерінде кездеседі.

• Үш фазалы трансформаторлар:Үш фазалы AC жүйелерінде қолданылады, индустриялық, коммерциялық және кеңінен өткізу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Үш фазалы трансформаторлар жоғары энергия өту қабілетін және жақсартылған эффективтілікті ұсынады.

• Мұнайга топталған трансформаторлар:Соқыту ортасы және изоляция материалы ретінде мұнай қолданылады, жоғары қабілетті және жоғары напряжемендегі қолданылуға ыңғайлы. Мұнайға топталған трансформаторлар жақсартылған соқыту және жоғары изоляция күшін ұсынады, бұл оларды подстанцияларда және өткізу жүйелерінде идеалды түрде қолдануға мүмкіндік береді.

• Құрғақ трансформаторлар:Сызықты соқыту ортасын қолданбайды, олар табиғатты ауа соқыту немесе жақшырту арқылы ауа соқытуға тиесілі. Құрғақ трансформаторлар өлшемі кіші, қызмет көрсету үшін аз қажет, және ішкі орналасу және строг экологиялық талаптары бар аймақтарда, мысалы, коммерциялық зертханаларда және ауылшаруа үшін ыңғайлы.

• Авто-трансформаторлар:Бастапқы және соңғы виткалықтар бір виткалықтың бір бөлігін бөліседі, напряжение өзгерістерінің өте аз болатын қолданылуы үшін ыңғайлы. Авто-трансформаторлар қарапайым құрылымы және жоғары эффективтілігі бар, бірақ әдеттегі трансформаторларға қарағанда қамтамасыз ету деңгейі төмен, әдетте белгілі бір напряжение регуляциясы үшін қолданылады.

6. Трансформаторлардың артықшылықтары

• Жоғары эффективтілік:Трансформаторлар өте жоғары энергия конвертациясының эффективтілігін ұсынады, адатта 95% дан жоғары. Жаңа технологиялар және материалдар қолданылатын замандағы трансформаторлар эффективтілікті жақсарту және энергия жоюларын азайту үшін қолданылады.

• Козғалмайтын бөлшектері жоқ:Трансформаторларда козғалмайтын механикалық бөлшектері жоқ, бұл жоғары қамтамасыз ету, төмен қызмет көрсету заттары және ұзақ қызмет ету уақытын қамтамасыз етеді.

• Жиі өзгеріп туратын напряжение трансформациясы:Виткалардың қатынасын өзгерту арқылы, трансформаторлар әртүрлі қолданылу үшін напряжение арттыру немесе азайту үшін қолданылады.

• Электр изоляциясы:Трансформаторлар электр изоляциясын ұсынады, бұл әртүрлі напряжемендерде қызмет ету үшін цептердің тікелей байланысын жою, системаның қауіпсіздігі мен стабилдігін қамтамасыз етеді.

• Өткізу жолындағы жоюларды азайту:Напряжение арттыру арқылы, трансформаторлар өткізу жолындағы токты азайту арқылы, жоюларды минималдау және өткізу эффективтілігін жақсартуға мүмкіндік береді.

7. Көбінесі

Энергия трансформаторлары электромагниттік индукция принципі арқылы электр жүйелерінде напряжение трансформациясын ұйымдасдырады. Олар энергия өту және тарату жүйелерінде маңызды рөл атқарады, өткізу эффективтілігін жою, жоюларды азайту, электр жүйелерінің қауіпсіз және стабилді қызмет етуін қамтамасыз етеді. Трансформаторлар энергия станцияларында, өткізу жүйелерінде, подстанцияларда және тарату жүйелерінде кеңінен қолданылады, әртүрлі пайдаланушылардың әртүрлі напряжение және ток талаптарын қанағаттандыру үшін. Қолданылу сценариясына байланысты трансформаторлар бір фазалы, үш фазалы, мұнайға топталған, құрғақ, авто-трансформатор түрлеріне бөлінеді, әрқайсысы өзінің ұнімділіктері мен ыңғайлы қолданылуы бар.