Новости и статьи — статьи, инструкции, обзоры | Тороидальные трансформаторы

Регульований автотрансформатор (варіак)-пристрій та принцип дії

Регулируемый автотрансформатор-принцип работы

Варіак має вигляд реквізиту науково-фантастичної лабораторії. Але вони мають корисне призначення.

Варіак-це загальна торгова назва змінного автотрансформатора. Якщо це мало що пояснює, розглянемо, що таке звичайний трансформатор і як вони пов'язані.

Впевнений, ви бачили трансформатор, і, швидше за все, що він знаходиться в кімнаті з вами прямо зараз. Трансформатор забезпечує електричну ізоляцію (гальванічну розв'язку) і узгодження імпедансу, а також, у наведеному випадку, змінює напругу між первинною і вторинною ланцюгами. У процесі роботи змінний струм однієї напруги подається на первинну обмотку трансформатора, внаслідок чого у вторинній обмотці трансформатора з'являється змінний струм іншої напруги.

Змінні обмотки автотрансформатора

Щоб зрозуміти, як це відбувається, необхідно знати два основні поняття. По-перше, принцип, що випливає з фундаментального зв'язку між електрикою та магнетизмом: струм, що протікає по дроту, створює магнітне поле в області навколо дроту. Звідси безпосередньо випливає, що зміна струму призводить до зміни магнітного поля. По-друге, принцип, відкритий Майклом Фарадеєм і названий на його честь: магнітне поле, що змінюється в присутності ланцюга, буде викликати електричний струм у цьому ланцюгу.

Використовуючи ці два принципи, бачимо, що використання змінного струму для створення змінного магнітного поля в присутності іншого контуру призведе до виникнення струму в цьому контурі. Саме це відбувається в трансформаторі. Типовий трансформатор складається з котушок дроту для первинної та вторинної обмоток, намотаних навколо загального залізного сердечника, що дозволяє максимізувати загальний магнітний потік і, таким чином, підвищити ефективність трансформатора. Відношення напруги, що індукується у вторинних обмотках, до напруги в первинних обмотках пропорційно відношенню числа витків цих двох котушках.

Що ж таке варіак?

Трансформатор, що складається лише з однієї котушки, яка є загальною для первинної та вторинної обмоток, називається автотрансформатором. Змінний автотрансформатор відомий під загальною назвою варіак, який я й розглядаю тут. Відношення первинної та вторинної обмоток змінне, що означає, що відношення вторинної напруги до первинного змінне.

Бігунок змінного автотрансформатора

Внутрішня частина варіаку схожа на величезний реостат. Є одна обмотка, яка частково відкрита, щоб рухомий скидач міг здійснити електричне з'єднання. Первинне підключення трансформатора здійснюється до обох кінців цієї обмотки. Вторинна обмотка підключається до одного кінця обмотки, званого загальним з'єднанням, і рухомого бігунку. При переміщенні обмоткою змінюється коефіцієнт трансформації автотрансформатора.

Деякі люди використовують варіаки для поступового повернення до життя електронного обладнання, що давно не працює. Вони також використовуються в експериментах та випробуваннях для імітації різних умов напруги та мережі. Електричне обладнання, розраховане на напругу відмінне від 120 В або 240 В, що подаються всередині країни, можна запитати від змінного автотрансформатора.

До списку статей

Трансформатори заземлення

Чому заземлюючі трансформатори потрібні для великих вітряних електростанцій з декількома турбінами

Коли ми думаємо про вітряні електростанції нам, ймовірно, приходять на думку образи величних веж з величезними лопатями, що обертаються, що перетинають горизонт. Інженери не виняток, оскільки їх основна увага приділяється місцезнаходження, закупівлі, монтажу та підключенню веж, турбін та лопат. Багато людей не знають, що заземлюючий трансформатор часто ігнорується при розробці та монтажі вітряної електростанції, про що свідчить той факт, що 90% заземлюючих трансформаторів для вітряних електростанцій купуються після початку монтажу основної конструкції. Однак ті, хто нехтує належним плануванням заземлення, роблять це на свій страх та ризик. Насправді мільйони збитків можуть бути через дугове замикання на землю, тому питання, пов'язані із заземленням, мають бути першими у списку проблем для будь-кого, хто розробляє вітряну електростанцію.

Навіщо потрібні трансформатори, що заземлюють?

Простіше кажучи, трансформатор заземлення використовується для забезпечення заземлення або незаземленої зірки, або системи, з'єднаної трикутником. Трансформатори заземлення зазвичай використовуються для:

-Забезпечення найкоротшого шляху до землі з відносно низьким опором, тим самим підтримуючи нейтраль системи на рівні потенціалу землі або близькому до нього.
-обмеження величини перехідних перенапруг при повторному замиканні на землю.
- Джерело струму для замикання на землю.
-При необхідності, підключення навантажень між фазою та нейтраллю.
Якщо одиночне замикання на землю відбувається в незаземленій або ізольованій системі, зворотного шляху струму короткого замикання не існує, тому струм не тече. Система продовжить роботу, але на двох інших справних лініях напруга зросте на квадратний корінь із трьох, що призведе до перенапруги ізоляції трансформатора та інших зв'язаних компонентів у системі 173%. Металооксидні варистори (MOV), твердотільні пристрої, що використовуються для придушення стрибків/стрибків напруги (грозозахисні розрядники), особливо чутливі до пошкодження від нагрівання через виток через блоки, навіть якщо підвищення напруги недостатньо для пробою. Трансформатор заземлення забезпечує заземлення для запобігання цьому.

Трансформатори заземлення потрібні для великих вітряних електростанцій з декількома турбінами, де трансформатор підстанції часто є єдиним джерелом заземлення для розподільчої системи. Заземлюючий трансформатор, Розташований на турбінній колоні, забезпечує шлях заземлення на випадок, якщо колона стане ізольованою від заземлення системи.

Коли замикання на землю на колекторному кабелі викликає розмикання автоматичного вимикача підстанції для цього кабелю, гірлянда вітряної турбіни стає ізольованою від джерела заземлення. Турбіни не завжди виявляють цю несправність або той факт, що колона ізольована та не заземлена. В результаті генератори продовжують подавати живлення на колекторний кабель, і напруга між справними кабелями і землею піднімається набагато вище за нормальне значення напруги. В результаті витрати можуть бути приголомшливими.

Згідно з одним джерелом в Iberdrola, світовому лідері в галузі розвитку вітроенергетики, втрата доходу лише для ланцюжка з 10 турбін може перевищити 10 000 доларів на день. З урахуванням демонтажу та заміни вартість обладнання може наблизитись до додаткових 40 000 доларів на трансформатор. Типова конфігурація вітряної електростанції насправді певною мірою аналогічна колесу каретки з кільцем, маточкою та спицями. Зовнішнє кільце колеса схоже на паркан навколо вітряної електростанції, а маточина в центрі - це місце, де розташований колектор, який підключається до мережі. Спиці це радіальні лінії, на яких розташована кожна вітряна турбіна. Зазвичай кожна радіальна колона турбін підключається до заземлюючого трансформатора, як показано на рис. 1.

Замовити розрахунок трансформатора

Правильна конструкція
Заземлювальні трансформатори зазвичай мають одну з двох конфігурацій: обмотка, з'єднана зигзагом (Zn) (з допоміжною обмоткою або без неї), або обмотка, з'єднана зіркою (Ynd) (зі з'єднаною трикутником вторинною обмоткою, яка може або не може використовуватися для подачі допоміжного живлення ). Обидва варіанти показані на рис.2.

Поточна тенденція у проектуванні вітряних електростанцій полягає у поєднанні первинної обмотки зіркою з вторинною обмоткою трикутником. Виходячи з нашого досвіду, є кілька причин, з яких 2-обмотувальні заземлюючі трансформатори, з'єднані зіркою, здаються популярнішими, ніж конструкції із зигзагоподібною схемою.

Це включає:

— Двообмотувальні трансформатори вважаються більш доступними для заміни чи модернізації.
-Відсутність розуміння зигзагоподібної конфігурації означає, що інженери схильні працювати з більш зрозумілими схемами.
-Конструкція з двома обмотками, з'єднана зіркою, дозволяє використовувати вторинне навантаження та дозування, у той час як зигзагоподібна конструкція – ні.
Не всі виробники надають потенційним клієнтам зигзагоподібні варіанти заземлення, навіть ті, для кого така конфігурація може бути найбільш підходящою.
Зигзагоподібна геометрія з'єднання корисна для обмеження циркуляції третьої гармоніки і може використовуватися без з'єднаної трикутником обмотки або без 4- або 5-стрижневої конструкції сердечника, що зазвичай використовується для цієї мети в розподільних та силових трансформаторах. Усунення необхідності у вторинній обмотці може зробити цей варіант менш дорогим та компактним порівняно з аналогічним двообмоточним заземлюючим трансформатором. Крім того, використання зигзагоподібного трансформатора забезпечує заземлення за допомогою пристрою меншого розміру, ніж двообмотувальний трансформатор зірка-трикутник, який забезпечує такий же повний опір нульової послідовності.

З іншого боку, заземлюючі трансформатори, з'єднані зіркою, вимагають або вторинної обмотки, з'єднаної трикутником, або застосування конструкції сердечника з 4 або 5 висновками для забезпечення зворотного потоку для несиметричного навантаження, пов'язаної з цим з'єднанням первинної обмотки. Оскільки часто бажано подавати допоміжне живлення від вторинної обмотки заземлюючого трансформатора, ця перевага може зробити кращим використання двообмоточного трансформатора заземлюючого замість зигзагоподібного з'єднання. Як зигзагоподібні, так і двообмотувальні трансформатори, що заземлюють, можуть бути сконструйовані з можливістю допоміжного живлення - це може бути навантаження, підключене за схемою «зірка» або «трикутник».

Система з глухим заземленням, що використовує трансформатор, що заземлює, пропонує багато поліпшень безпеки в порівнянні з незаземленою системою. Однак одному заземлюючому трансформатору не вистачає струмообмежуючої здатності резистивної системи заземлення. З цієї причини резистори заземлення нейтралі часто використовуються разом із трансформатором заземлення для обмеження величини струму замикання на землю нейтралі. Їх значення в омах повинні бути вказані для забезпечення досить високого протікання струму замикання на землю для забезпечення надійної роботи обладнання релейного захисту, але досить низького для обмеження теплового пошкодження.

Визначення заземлюючого трансформатора

Вибираючи заземлюючий трансформатор для вітроелектростанції, обов'язково враховуйте наступні ключові параметри:

Первинна напруга - це напруга системи, до якої має бути підключена заземлена обмотка. Не забудьте вказати базовий імпульсний рівень трансформатора (BIL), який вимірює його здатність витримувати удари блискавки. У деяких випадках BIL визначатиметься міркуваннями обладнання, такими як номінальні значення BIL 150 кВ на вітряних електростанціях на 34,5 кВ через обмеження на передні мертві з'єднувачі.

Номінальні кіловольт-ампери (кВА). Оскільки заземлюючий трансформатор зазвичай є пристроєм короткочасної дії, його розмір і вартість менші порівняно з трансформатором, що працює в безперервному режимі, з рівним номіналом кВА. З цієї причини заземлюючі трансформатори часто розраховуються не за кВА, а за номінальними значеннями тривалого та короткочасного струму. Незалежно від того, як ви оцінюєте його, заземлюючий трансформатор повинен мати номінальний струм первинної фази без перевищення його температурної межі. Це навантаження включає струм намагнічування сердечника, струм ємнісної зарядки для кабелів і будь-яке допоміжне навантаження, якщо це застосовується. Чим вище це значення, тим більший і дорожчий трансформатор. Типові значення постійного струму може бути від 5 А до кількох сотень. Обов'язково вкажіть додаткові вимоги щодо навантаження.

Безперервний струм нейтралі - Безперервний струм нейтралі визначається як триразовий фазний струм або, іншими словами, струм нульової послідовності. Зазвичай це вважається рівним нулю, якщо система збалансована. Однак для цілей проектування заземлювального трансформатора це значення, яке, як очікується, тектиме в нейтральному ланцюгу без відключення захисних ланцюгів (що призведе до нульового струму) або струм витоку на землю, який не є симетричною функцією. . Знову ж таки, це значення необхідно для розрахунку теплової потужності заземлюючого трансформатора.

Струм і тривалість пошкодження — це значення необхідне розрахунку короткочасного нагріву, що виникає внаслідок несправності в системі, і його слід визначати на основі інженерного дослідження системи. Типові значення варіюються від кількох сотень ампер до кількох тисяч ампер, у своїй тривалість виявляється у секундах, а чи не в циклах. Наприклад, зазвичай значення 400А протягом 10 секунд. Тривалість пошкодження є критичним параметром розробника трансформатора. Там, де у схемах захисту використовується заземлюючий трансформатор для функцій відключення, вказується відносно короткий час (від 5 до 10 секунд). З іншого боку, якщо заземлюючий трансформатор використовується у схемі сигналізації замикання на землю, буде потрібна постійна або збільшена тривалість струму замикання на землю.

Імпеданс - Повний опір може бути виражений у відсотках або в Омах на фазу. У будь-якому випадку його слід вибирати таким чином, щоб напруги фаз у справному стані під час замикання на землю знаходилися в межах допустимого тимчасового перенапруги трансформатора та пов'язаного з ним обладнання, такого як розрядники та клемні з'єднувачі. Значення, які можуть змінюватись від 2,5% до майже 10%, повинні бути надані розробником системи.

Підключення первинної обмотки - обов'язково вкажіть тип первинної сполуки: зигзагоподібний або заземлений. Перш ніж приймати рішення, розгляньте обговорені раніше чинники, що стосуються ситуацій, котрим конкретна конфігурація може бути найбільш підходящою.

Вторинне з'єднання — вкажіть вторинну напругу та з'єднання, якщо застосовується. Крім того, обов'язково враховуйте розмір допоміжного навантаження, яке підключається для первинних обмоток, з'єднаних зигзагом або зіркою.

Якщо є варіант використання двообмотувального трансформатора без вторинного навантаження, визначте, чи можна «заглибити» обмотку трикутником (тобто не вивести), або лише один ізолятор має бути виведений для заземлення.

Важливі особливості та опції
На додаток до розглянутих конструктивних характеристик, існує ряд інших міркувань або особливостей, які ви повинні враховувати при створенні заземлюючих трансформаторів вітряної електростанції.

Повідомте постачальника, чи потрібен вам трансформатор для монтажу на підставці із вбудованим захистом від несанкціонованого доступу або у вигляді підстанції.
Подумайте, чи буде заземлюючий трансформатор розміщений на вулиці або у приміщенні. Навіть зовнішні блоки вимагають особливої уваги при розміщенні поруч із іншими конструкціями.
Виберіть відповідний тип рідини для охолодження. Варіанти включають мінеральну олію, силікон та рідину на основі натуральних ефірів. Може сенс зробити повітряне охолодження.
Обдумайте варіанти підключення та виберіть найкращий. Опції варіюються від глухих передніх, відкритих передніх і клемників, що перемикаються. Розташування клем може бути під кришкою або на бічній стінці, відкрито або закрито.
Передбачається, що перевищення температури становить 65°C – за необхідності скоригуйте конструкцію.
Зверніть увагу на висоту ділянки або будь-які особливі екологічні проблеми.
Спеціальна фарба при необхідності.
Резистори заземлення нейтралі — номінальна напруга має дорівнювати напрузі лінії заземлюючого трансформатора на землю. Номінальний струм та тривалість повинні відповідати номінальним характеристикам заземлюючого трансформатора. Не забудьте встановити досить високий номінальний струм, щоб він перевищував струм зарядки кабелю та струм намагнічування трансформатора заземлення.

До списку статей

Причина та наслідок: як зменшити проблеми з гармоніками

Усунення проблем з якістю електроенергії допоможе вашому підприємству заощадити гроші за рахунок оптимізації енергоспоживання та захисту обладнання від пошкоджень у майбутньому.

Стабільність електричної системи можна охарактеризувати як якість електроенергії. Першим кроком для оцінки стану електричної системи є збір даних від обладнання, інфраструктури та сервісної панелі. Це вимірюється у трифазних електричних системах за допомогою приладів, які враховують кілька змінних.

Погана якість електроенергії проявляється таким чином:

-Провали та сплески - напруга нижче або вище очікуваного.
-Гармоніки - частотні ефекти, викликані або джерелом живлення, або обладнанням, що працює в системі.
-Не симетрія - вплив коливань напруги або струму на кожну електричну фазу.
- Мерехтіння - ефекти, викликані повторюваним перемиканням електричних навантажень, наприклад, дугових печей або інших процесів.

Причини:
Гармоніки - це струми або напруги з частотами, кратними основною частотою мережі, що становить 50 Гц. Якщо перша основна частота дорівнює 50 Гц, друга — 100 Гц, а третя — 150 Гц. Ось кілька прикладів проблем, які можуть бути пов'язані з гармоніками:

Миготливі вогні - Частий симптом проблеми з якістю електроенергії. Потенційним джерелом мерехтіння є обладнання зі швидкими коливаннями струму або напруги навантаження. Це, наприклад, великі двигуни при запуску, обладнання з циклоконвертерами (наприклад, приводи прокатних станів і підйомні шахтні машини), а також машини, в яких використовуються статичні перетворювачі частоти, такі як двигуни змінного струму і дугові печі.
Перегріті трансформатори і вимикачі, що спрацювали, можуть бути причиною гармонічних проблем, які виникають, коли нелінійні навантаження, що споживають струм різкими імпульсами, а не плавно (синусоїдальним чином) змушують гармонічні струми текти назад в інші частини енергосистеми.
Стан гармонік у системі можна висловити у різний спосіб. Перший це повне гармонійне спотворення або THD. THD – це сума всіх гармонійних ефектів; зазвичай це вимірюється до 50 кратного основної частоти енергосистеми (50 Гц), при 2,5 кГц або, згідно з деякими рекомендаціями, до 40 кратного (2,0 кГц). Це значення THD з погляду якості електроенергії найчастіше застосовується до напруги. У посібнику зазначено, що вплив гармонік напруги має бути меншим за 8% по відношенню до основної гармоніки. Значення вище вказаних 8% потребують подальшого вивчення.

Першим рівнем дослідження буде визначення відсотка кожної окремої гармоніки, 2-а, 3-я, 4-а, 5-а - до 50-ї. Це відображається або в реальному часі на вимірювальному приладі, або на діаграмі із зареєстрованих та завантажених даних – це візуалізується як «гармонічний спектр».

Зразковий спектр гармонік показаний на рис. 1, є дуже типовим сценарієм. THD напруги знаходиться в середньому діапазоні і становить близько 3,5% на кожній фазі. Найбільші гармоніки знаходяться на 5-й і 3-й відповідно, і незабаром після 7-ї гармоніки дуже швидко згасають. Ці гармоніки генеруються імпульсними джерелами живлення, що використовуються в електронному устаткуванні, такому як комп'ютери, монітори, телевізори та світлодіодне освітлення. Певною мірою це гармоніки, які допускають виробники обладнання усередині своїх пристроїв. Це обладнання містить електронні фільтри, які запобігають генерації найвищих гармонік. Запобігання або пом'якшення наслідків досягається шляхом додавання простих мереж пасивних компонентів, таких як резистори, конденсатори і котушки індуктивності. Увімкнення цього простого засобу захисту в продукт дозволяє виробнику постачати продукти, що відповідають стандарту EMC.Цей графік відображає відсоток кожної окремої гармоніки. Це відоме як гармонійний спектр. Рис.1

Якщо ми розглянемо гармоніку струму, то побачимо зовсім іншу картину. На рис. 2 видно дивовижний рівень спотворень - до 40%. Це цікаво, але не так вже й важливо. По-перше, у цьому випадку струм буде низьким у порівнянні з тим, який струм використовується в ланцюзі. Ми описуємо ці два значення як IL (струм навантаження) та ISC (струм короткого замикання). Коли ISC значно вищий, ніж IL, THD для струму не має значення. Причина цього в тому, що велика різниця в цих струмах навряд чи вплине на гармонію напруги. Ця концепція закріплена у стандарті IEEE 519 (Рекомендована практика та вимоги для контролю гармонік в електроенергетичних системах).

На цьому знімку екрана ви бачите високий рівень спотворення струму. Але хіба це має значення? Рис.2

Наслідки
У промислових умовах причиною гармонічних спотворень найчастіше є електричне обладнання у процесі експлуатації. Сучасні промислові підприємства містять безліч одиниць обладнання, які можуть сприяти загальному викривленню - кілька очевидних прикладів включають перетворювачі частоти та електродвигуни, що приводяться в дію інверторами. Ці приводи приймають напругу та струм змінного струму, перетворюють їх у постійний струм, а потім створюють вихідний сигнал змінної частоти, щоб двигуни могли керуватися більш точно. Коли струм подається в інвертор, він не сприймається як чиста синусоїда і нерегулярно приймає струм для заряджання компонентів на вході інвертора. Це нерегулярне споживання спотворює струм і, отже, напруга. Ці інвертори можуть використовуватися для приводу двигунів, які є частиною промислового процесу, такого як перекачування охолоджувальної або нагріваючої води, рідких матеріалів, конвеєрів, що рухаються, або охолоджуючих вентиляторів. Інші типи електронного управління також є частиною процесу, і кожен із них створює деякі спотворення. Коли все це обладнання підключено до однієї мережі, спотворення загалом зростають.

Виробники обладнання відповідають за те, щоб їх обладнання не створювало неприпустимі рівні спотворень, тому стандарти якості електроенергії покликані запобігти цьому. Але в деяких випадках, коли користувач створює унікальну комбінацію більш високих, ніж очікувалося, спотворень в електричній мережі, близьких до пропускної здатності, спотворення можуть стати серйозними та вплинути на інші частини обладнання. Наприклад, старі трансформатори який завжди проектувалися з урахуванням гармонік. Хоча з моменту появи промислової силової електроніки пройшов деякий час. Із самого початку більшість навантажень на об'єкті були лінійними (де струм і напруга прямо пропорційні - просте резистивне навантаження). Якщо гармоніки високі, перекручування можуть викликати перегрів старих трансформаторів, і з цим пов'язані дві проблеми. По-перше, тепло - порожня витрата електроенергії. По-друге, можливе пошкодження трансформатора, іноді навіть катастрофічне.

Є два можливі рішення.

-Зменшіть гармоніки за рахунок встановлення фільтрів.
-Замініть трансформатор на трансформатор з високим коефіцієнтом, який може впоратися з спотвореннями.
З цих двох рішень обидва мають переваги та фінансові витрати.

Установка фільтрів може бути дуже ефективною з економічної та технічної точки зору, залежно від джерела гармонійних спотворень. Щоб виявити конкретне джерело (джерела), потрібне дослідження гармонік обладнання, підключеного до системи. Найкраще почати з найбільших електронних приводів - подумайте, яке обладнання споживає найбільший струм, наприклад, великі приводи або потужні ДБЖ, щоб з'ясувати, яке з них має найвищий THD. Зберіть якнайбільше даних про гармоніки за кілька днів, щоб побачити, як змінюються THD, та визначити найгірші сценарії. Потім ці дані можуть бути передані постачальнику фільтрів, який може порадити відповідні рішення для кожного навантаження. Причиною проблеми може бути лише одна чи дві одиниці обладнання. У гіршому випадку вам знадобиться більша система, але, знову ж таки, постачальник може порадити відповідне рішення.

Із заміною трансформаторів складніше. Як і раніше, потрібні дослідження гармонік, щоб виявити К-фактор — ефект нагрівання через гармоніки. Коефіцієнт K виводиться із гармонік з використанням рекомендованого IEEE методу; однак відповідний інструмент розрахує це за вас. Трансформатори з коефіцієнтом До дорожчими, ніж стандартні трансформатори, і простої через встановлення нового трансформатора можуть виявитися серйозними і призвести до значних простоїв. Однак у деяких випадках це може бути єдиним життєздатним рішенням.

Тут повторимося, але виміри мають значення. Знання працездатності вашої системи є важливим для обслуговування вашого обладнання, щоб отримати від нього максимальну віддачу та підтримувати розумне споживання енергії.

Дослідження якості електроенергії слід як планове технічне обслуговування. Виконуючи напіврегулярні вимірювання, ви можете знайти будь-які зміни, які можуть статися, щоб ви могли знайти потенційні проблеми і виправити їх на ранньому етапі. Період між дослідженнями залежить від думки користувачів, але їм необхідно враховувати свої очікування щодо надійності системи - чим вище очікування, тим регулярнішим є опитування. Це може бути щомісяця, щоквартально, раз на півроку або, якщо ви відчуваєте, що справді контролюєте ситуацію, щороку.

Регулярне виконання досліджень не буде таким складним завданням, якщо організувати цей процес правильно.

Вибирайте місце виміру з розумом. Знайдіть у системі критичні точки, в яких обладнання може викликати проблеми, і де обладнання може бути більш чутливим.
Встановлюйте кожного разу в тому самому місці.
Прислухайтеся до підказок операторів обладнання про їх досвід роботи з тим, що відбувається на їхньому рівні — вони мають найкращу інформацію.
Спостерігайте за тенденціями та проводьте порівняння для простої кореляції.
Зберігайте історичні дані.
Вимірюйте та реєструйте протягом декількох днів, щоб побачити ритм роботи обладнання.

Збираючи ці дані дослідження, ви можете контролювати свою електричну систему, ефективно керувати нею та підтримувати довговічність вашого електричного обладнання.

До списку статей

Технологія сегментованих кришок сердечників для тороїдальних аудіо трансформаторів

Типовий метод виготовлення тороїдального трансформатора включає створення сталевого осердя, ізоляцію сердечника, намотування магнітного проводу навколо сердечника для створення первинної обмотки, ізоляцію первинної обмотки, намотування магнітного проводу поверх ізоляції для створення вторинної обмотки та ізоляцію вторинної обмотки. Для кріплення трансформатора використовують або монтажну шайбу і болт або центр трансформатора заливають епоксидною смолою з отвором для болта. Операції виконуються практично завжди в такої послідовності.

Розробка та виготовлення сегментованих кришок сердечників

Кришки сегментованих сердечників підтримують первинну і вторинну обмотки в секторах, що чергуються, для зменшення струму витоку. Декілька модульних електроізоляційних сегментів зазвичай замикаються або іншим чином з'єднуються разом з утворенням кільцевих або напівкільцевих кришок сердечників для покриття або часткового покриття кільцевого тороїдального сердечника трансформатора. Сегменти або модулі зазвичай виготовляються із матеріалів Zytel® ,FR50, Rynite® FR530 або Zytel® E103HSL.

Модулі кришки сердечника ізолюють мідні обмотки від сердечника по всьому діапазону обмоток та забезпечують двошарову ізоляцію між сусідніми обмотками, що значно знижує струм витоку порівняно із звичайними тороїдальними трансформаторами. Вони також забезпечують пряме охолодження активної зони трансформатора навколишнім або примусовим повітрям без проміжної ізоляції. Ковпак сердечника також може бути зібраний з компонентних модулів на закінченому тороїдальному сердечнику з обмоткою.

Сегменти кожного модуля включають пару рознесених, зазвичай електрично ізольованих стінок, а також виступаючу частину панелі, що розділяє обмотки. Стінки розташовані під заздалегідь визначеним кутом відносно один одного, зазвичай 30 градусів, 45 градусів, 60 градусів тощо, так що кожен модульний сегмент охоплює дугу приблизно 30 градусів, 45 градусів, 60 градусів і т.д. зачіплювані, зазвичай охоплювані і охоплювальні, з'єднувальні частини, так що розташовані поруч сегменти можуть багаторазово зачіплятися один з одним, причому достатня кількість з'єднаних сегментів утворює ковпак кільцевого сердечника.

Кількість сегментів, необхідних для завершення кришки сердечника, заздалегідь визначено і є функцією заздалегідь визначеного кута між стінками; наприклад, якщо кут становить 45 градусів, потрібно з'єднати разом вісім сегментів, щоб визначити форму кільця. Якщо кут становить 60 градусів, для того, щоб отримати форму кільця, потрібно лише шість сегментів. Хоча кришки сердечників зазвичай виготовляються з ідентичних модулів , вони можуть альтернативно включати комбінації модулів кришок сердечників, що охоплюють різні дуги, наприклад, чотири модулі кришки сердечників, що охоплюють 45 градусів кожен, і шість модулів кришок сердечників, що охоплюють 30 градусів кожен.

Хоча модулі однакового розміру і форми зазвичай зручніші, практично немає обмежень на комбінації розмірів і форм модулів кришки сердечника, які можна комбінувати, щоб отримати необхідну кришку ядра, що має бажані властивості та характеристики.

Роздільні стінки

При з'єднанні (замковому зачепленні) утворюються відносно плоскі та гладкі сторони (поверхні), і бар'єри розташовуються один навпроти одного. Бар'єри визначають параметри, якими обмежуються обмотки проводів, що чергуються, зазвичай чергуються первинні і вторинні обмотки.

Сегменти включають одну або кілька перегородок або стінок, розташованих так, щоб частково або повністю проходити через верхню частину панелі, щоб додатково визначити параметри, між якими спрямовані обмотки проводів. Одна або кілька перегородок зазвичай розташовані на рівній відстані між стінками та/або один одним відповідно. Розділювачі зазвичай орієнтовані так, щоб проходити радіально назовні від центру сердечника та/або кільцевого простору, утвореного з'єднаними сегментами; іншими словами, кожен відповідний поділ зазвичай лежить на радіусі кільцевого простору, хоча розділові стінки можуть мати інші зручні форми та контури за бажанням.

Сегменти додатково включають панель кришки із зовнішнім діаметром D і / або панель з внутрішнім діаметром сердечника D, які проходять вниз так, щоб, принаймні, частково покривати зовнішній D і внутрішній D, відповідно, тороїдального кільця сердечника, розташованого навпроти сердечника покривають панелі частково або повністю сформованого кільцевого простору Ці панелі можуть бути плоскими для покриття серцевого кільця, що має плоскі сторони зовнішнього та внутрішнього діаметра, або вигнутими, щоб слідувати за кільцем ядра, що має закруглені або вигнуті частини внутрішнього та зовнішнього діаметра.

Стіни усічені і не проходять через панелі. У деяких із них нижні стіни розташовані навпроти панелі від відповідної стіни. Нижня стінка також може включати сумісні з'єднувачі для спільного з'єднання. Деякі сегменти містять ребра, розташовані на верхній стороні панелей, щоб створити повітряний зазор між витками дроту і верхньою стороною кільця. Створення повітряного проміжку полегшує повітряне охолодження обмоток, дозволяючи повітрю циркулювати між обмотками і верхньою стороною кришки.

Інструмент для намотування кришки із сегментованим сердечником

Інструмент для намотування використовується для полегшення намотування сердечника з кришкою з однієї бобіни. Інструмент для намотування зазвичай є плоским кільцем з виступаючим ободом або фланцем, що виходять із зовнішнього діаметра. Кільце зазвичай має проріз, що надає йому С-подібну форму. Розмір кільця відповідає розміру сегмента, а розмір прорізу дозволяє пропускати провід на сегмент. Інструмент для намотування також зазвичай включає подовжений дугоподібний дротяний фіксатор, що має кілька часткових прорізів і одне або декілька фіксуючих отворів для з'єднання дротяного фіксатора з одним або декількома сегментами під час процесу намотування дроту.

У процесі роботи кілька сегментів можуть бути з'єднані один з одним для утворення кільця. Кільце включає частину верхньої кришки кільцевого сердечника, утворену панелями окремих сегментів. У більшості випадків кільце також включає (як правило) рівновіддалені радіальні виступи, утворені з'єднувачами, що взаємно зачеплюються, що йдуть назовні від кільця. Кожен радіальний виступ зазвичай є частиною подовженої стінки, розташованої на верхній стороні кільця і радіально проходить всередину частково або повністю через верхню поверхню. Деякі стіни закінчуються радіальними виступами, що йдуть усередину від кільця. Ці радіальні виступи зазвичай утворюються в результаті з'єднання двох нижніх стінок, хоча вони можуть бути сформовані окремо.

Кільце може також включати кільцевий сердечник, кришку зовнішнього діаметра та/або кришку внутрішнього діаметра кільцевого сердечника, причому кожна кришка розташована, як правило, перпендикулярно до частини верхньої кришки сердечника і проходить вниз.

Відповідні кришки зазвичай складаються із суміжних панелей кришки, коли сегменти з'єднані для утворення кільця.

Зазвичай пара кілець ковпаків складається із з'єднаних сегментів і розміщується на протилежних сторонах тороїдального сердечника з вирівняними назовні виступами. Чітну кількість сегментів з'єднано, щоб утворити кожне кільце. Провід намотується безперервно навколо чергуються сегментів, щоб визначити первинні обмотки, N витків на сегмент. Зазвичай всі намотування можуть бути виконані з однієї бобіни або човна за одну операцію безперервної намотування шпульки, при цьому провід прямує від одного сегмента до наступного через канавку або зазор між двома протилежними кришками сердечника. Провід зазвичай розрізають або перерізають, щоб ізолювати первинні обмотки від вторинних обмоток, а потім намотаний сердечник можна обернути ізоляцією, як при звичайному намотуванні тороїдального трансформатора. У деяких намотках може використовуватися інструмент для полегшення намотування сердечника. Котушки, намотані таким чином, зберігають переваги тороїдальних трансформаторів, але при цьому вони легші, менші, ефективніші і тихіші, ніж набрані сердечники EI. Намотані таким чином сердечники демонструють менший міжобмотковий струм витоку порівняно зі стандартними сердечниками тороїдального трансформатора.

Зазвичай первинні обмотки займають сегменти з непарними номерами, починаючи з намотування першого сегмента, а вторинні обмотки займають сегменти з парними номерами. Кожне кільце може містити кілька сегментів, таких як шість, дев'ять або дванадцять, і сердечник може бути намотаний з первинної, вторинної та третинної (не показані) обмотками, як зазначено вище, щоб отримати трифазний трансформатор. Як варіант, кільце може містити сегменти різної конфігурації.

Ізолюючий матеріал, такий як смуга з MYLAR, може бути розташований так, щоб закривати частину осердя, що відкривається зазором, або сердечник може бути частково або повністю загорнутий в ізолюючий матеріал перед встановленням на нього кришок. В інших конструкціях стіни рознесені та орієнтовані щодо один одного для утворення кільцевого простору, але фізично не пов'язані один з одним. Всі висновки мають подвійну ізоляцію/оплітку і кріпляться кабельними стяжками.

Резюме: переваги сегментованого закритого осердя.

Якщо потрібно спроектувати сегментний ковпак сердечника, який відповідає вимогам безпеки щодо витоку та зазорів, то час виготовлення скорочується, оскільки:

-Немає необхідності в заземленні та міжобмотувальній ізоляції, а також у зовнішній обмотці.
-Первинна та вторинна обмотки можуть бути намотані на одній машині, що скорочує час обслуговування.
-За умови, що кришка має монтажний отвір, немає потреби заповнювати центр трансформатора епоксидною смолою.
-Можна спроектувати кришку сегментного сердечника, що складається з секцій, що повторюються, які «заскочуються разом», тоді витрати на інструмент і складання кришок будуть ще меншими, т.к. вартість інструменту для меншої деталі для лиття під тиском менша, ніж вартість інструменту для більшої деталі.

-Складання «защіпних» деталей вимагає меншого рівня навичок, ніж інші методи ізоляції жил.

Можна спроектувати сегментний трансформатор з кришкою осердя, яка допускає обтікання сердечника та обмоток повітряним потоком, в результаті підвищення температури буде менше, оскільки:

-Існує прямий шлях для виходу тепла з неізольованого осердя в навколишнє середовище.
-Відсутня міжобмотувальна ізоляція та зовнішня оболонка, що затримує тепло.
-Всі обмотки мають прямий шлях для передачі тепла від них у навколишнє середовище.
Якщо можна спроектувати кришку сегментного сердечника з монтажними отворами, тоді вага трансформатора буде меншою, тому що:

Не потрібна епоксидна смола по центру
Жодної монтажної шайби не потрібно

Сегментний трансформатор з кришкою сердечника та стандартний тороїдальний трансформатор-порівняння.

Трансформатори з сегментними ковпаками забезпечують значне зниження струму витоку та тепловиділення порівняно зі стандартними тороїдальними трансформаторами. Теплообмін у сегментному трансформаторі з цоколем порівняно кращий, так як конструкція кришки забезпечує всю необхідну ізоляцію. У ході експерименту було виявлено, що простий розділовий трансформатор із простою схемою (коефіцієнт трансформації 1:1) покритий сегментними ковпаками, має переваги щодо нагрівання-охолодження порівняно із звичайним трансформатором на 13 ~ 17°C.

Параметри тесту	Стандартна тороїдальна конструкція (1500ВА)	Сегментна покрита конструкція сердечника (1500ВА)
Напруга хол.хід 240 V	239.64 V	239.60 V
Струм хол.хід 240 V	36 mA	48 mA
Втрати у сердечнику 240 V	7.9 W	8.8 W
Струм холостого ходу 264 V	85 mA	85 mA
Втрати в осерді 264 V	12.0 W	11.9 W
Максимальний струм витоку 264 V	81 µA	14 µA
Витік (високий потенціал) 5 kV, 50 Гц, 2 сек.	1030 µA	210 µA
Опір постійному струму первинної обмотці 28°C	0.719	0.779
Опір постійному струму у вторинному ланцюзі 28°C	0.784	0.781
Вихідна потужність при тепловій рівновазі	1440 VA	1425 VA
Вхідна потужність при тепловій рівновазі	1524 VA	1519 VA
Ефективність	94.49%	93.81%
Температура поверхні	111.5°C	98.6°C
Навколишня температура	29.4°C	30°C
Приріст температури	82.1°C	68.6°C
Розмір	Ø200 × 90мм	Ø200 × 90 мм

Вагове порівняння

Вага	Стандартна тороїдальна конструкція	Сегментна конструкція сердечника
Сердечник	7.80 KG	7.80 KG
Ковпачки	400 гр.	360 гр.
Мідь	1.90 кг	1.95 кг
Центральне заливання	0.60 кг	-
Загальна	10.7 кг	10.1 кг

Порівняння підвищення температури

Потужність	Приріст температури (°C)
Потужність	Стандартна тороїдальна конструкція	Сегментна конструкція сердечника	Різниця
1500VA (Номінал)	82.1	68.6	13.5
1800VA	108.3	91.5	16.8

Порівняння робочого часу

Стандартна тороїдальна конструкція
Стандартна тороїдальна конструкція	Сегментна конструкція сердечника	Різниця
100%	66%	34%

Конструкція трансформатора з кришкою сегментного сердечника забезпечує найкраще відведення тепла, тому вони можуть бути розраховані на збільшену потужність при тому ж обсязі, що є основною перевагою. Таким чином, вони відносно менші за розміром і легшими за вагою порівняно з трансформаторами стандартної конструкції для тих же рівнів потужності. Іншими перевагами є менший струм витоку, менша вартість виробництва та економічна конструкція монтажу.

Наприклад, нижче представлено порівняння сегментного трансформатора на 1500 ВА (розширена потужність 1800 ВА) з нашим стандартним медичним трансформатором на 1800 ВА стандартного тороїдального виконання.

Порівняння тестів

Параметри тесту	Стандартна тороїдальна конструкція	Сегментна конструкція сердечника
Напруга хол.ходу 240 V	247.35 V	239.60 V
Струм хол.ходу 240 V	55 mA	48 mA
Струм витоку 264 V	86 µA	14 µA
Витік при 5 кВ, 50Гц, 2 сек.	1100 µA	210 µA
Опір постійному струму первинної обмотці 28°C	0.414	0.779
Опір постійному струму у вторинній обмотці 28°C	0,480	0.781
Ефективність	94..48050%	93.50%
Температура поверхні	120°C	121.5°C
Навколишня температура	30°C	30°C
Приріст температури	90°C	91.5°C
Розмір	Ø210 × 100 мм	Ø200×90 мм

Порівняння за ваговими показниками

Вага	Стандартна тороїдальна конструкція	Сегментна конструкція сердечника
Сердечник	11.3 кг	7.80 кг
Ковпачки	500 грн.	360 гр.
Мідь	2.70 кг	1.95 кг
Центральне заливання	0.50 кг	-
Загальна	15.0 кг	10.1 кг

Порівняння робочого часу

Стандартна тороїдальна конструкція	Сегментна конструкція сердечника	Різниця
100%	66%	34%

Висновок

Хоча конструкції тороїдальних трансформаторів загалом досить просунуті, цей технічний аналіз показує, що ще є можливості для інновацій та підвищення ефективності за рахунок використання технології сегментованих кришок сердечників. Ми сподіваємось, що ця робота буде корисна виробникам медичного обладнання, розробникам магнітних матеріалів та всім, хто може бути зацікавлений.

До списку статей

Замовити або отримати консультацію

Застосування трансформаторів у випрямлячах

Схема випрямляча, що використовується в більшості електронних джерел живлення, є однофазним мостовим випрямлячем з ємнісною фільтрацією, за яким зазвичай слідує лінійний регулятор напруги. Схема цього випрямляча показана нижче: (Рис.1):

Більшість наших трансформаторів використовується у випрямлювальних схемах (Рис.1), тому ми вирішили присвятити цю статтю випрямляючим трансформаторам і дати деякі практичні поради розробникам джерел живлення.

"Змінний струм, що подається на випрямляч, завжди дорівнює постійному струму, що споживається від випрямляча, коли струмами витоку в діодах можна знехтувати."

Це вірно, якщо ми порівняємо середні струми (Im) на стороні змінного та постійного струму випрямляча. Але змінний струм завжди вимірюється як середньоквадратичний струм (Irms), а постійний струм завжди вимірюється як середній струм (Im). Початкова заява неправильна, якщо ми порівняємо Irms на стороні змінного струму з Im на стороні постійного струму випрямляча.

Середньоквадратичний струм Irms завжди більший, ніж середній струм Im через пікову форму змінного струму. Якщо розділити Irms на Im, ми отримаємо величину пікового значення струму, яка називається форм-фактором. (F = Irms/Im). Чим гостріше піки, тим більше значення F.

Нагрівальний ефект електричного струму у проводці, резисторах та обмотках трансформатора пропорційний квадрату середньоквадратичного значення струму. Нагрівальний ефект змінного струму в ланцюзі випрямляча відповідно пропорційний I_S² = (F x Im) ² = (F x I_L) ², або квадрат постійного струму, помноженого на форм-фактор F в квадраті. Підвищення температури в даному випрямляльному трансформаторі, таким чином, сильно залежить від значення форм-фактора (F), і необхідний розмір випрямного трансформатора не може бути визначений до тих пір, поки не буде відомо фактичне значення форм-фактора.

У випрямлячі типу, показаного на малюнку 1, F має значення десь між 1,11 та 5,0 залежно від відносних значень імпедансів до та після діодного мосту. Коли ці імпеданси відомі, можна розрахувати F (і U_C) за допомогою графічних методів. Але в цей момент розробник джерела живлення зазвичай має в руці зразок трансформатора, тому U_C та I_S можуть бути визначені швидко стендовими випробуваннями. (Будьте обережні при вимірі I_S за допомогою вимірювача, що вимірює справжнє середньоквадратичне значення струму. Більшість вимірювачів змінного струму вимірюють Im, але мають градуювання I_RMS, Вважаючи, що F = 1,11, що вірно тільки для синусоїди).

Нижче описується точний та простий метод визначення форм-фактору (F) за показаннями осцилографа за допомогою графіків.

Припустимо, ми спостерігаємо форми сигналів струму та напруги у різних частинах схеми, показаної на малюнку 1, на осцилографі з електронно-променевою трубкою, щоб ми могли порівнювати форми сигналів до та після діодного мосту. На діаграмах I-III показані осцилограми для різних значень ємності конденсатора (C), припускаючи трансформатор з малою послідовною індуктивністю, наприклад тороїдальний трансформатор.

З=0 Без регулятора

С-робітник (U_r/U_c<10%) З регулятором

Бажаний ефект від конденсатора - згладжування постійної напруги, але в той же час він змушує змінний струм протікати короткими імпульсами, що означає більш високу F і вищий середньоквадратичний струм у трансформаторі. "Кут провідності" (α) випрямляча можна виміряти безпосередньо по осцилограмі - просто пам'ятайте, що повний напівперіод становить 180°.

Відомо, що форм-фактор (F) повинен залежати від кута провідності (α). Ми вирахували точне співвідношення між F та α для тороїдальних трансформаторів, і результат показаний тут на цьому графіку. Вимірюючи кут провідності (α) на осцилографі можна визначити за графіком дуже точне значення форм-фактора (F). Зміни навантаження постійного струму змінять кут провідності, відповідні зміни у форм-факторі можна легко визначити.

Таблиця з діаграмами містить додаткову інформацію, яка може допомогти в оцінці варіантів при проектуванні джерела живлення. У коментарях до діаграм ми визначили коефіцієнт η = U_DC / ú_o, яке пов'язує напругу постійного струму з піковою напругою холостого ходу вторинної обмотки трансформатора Згладжування вершин форми хвилі змінної напруги викликане падінням напруги в загальному імпедансі перед діодним мостом, тому розумно припустити, що η повинен змінюватися залежно від кута провідності (α). Ми також розрахували це співвідношення для тороїдальних трансформаторів, і результат показаний на аркуші графіків у вигляді кривої пунктирної.

Графік можна використовувати визначення регулювання навантаження постійного струму випрямляча. Регулювання навантаження постійного струму δ_UDC /U_DC = (1-η) x 1001 TP2T. Пам'ятайте, що падіння напруги на діодах входить до значення U_DC. Кожне падіння напруги на діоді можна вважати постійним і рівним 1 при всіх навантаженнях. Відповідно, регулювання чистого навантаження трохи гірше, ніж 1-η, особливо для низьких напруг постійного струму.

Важливо відзначити, що краща ефективність перетворення напруги (вимірювана η) може бути отримана тільки за рахунок вищого форм-фактора, і, навпаки, нижчий форм-фактор може бути отриманий тільки за рахунок слабшого регулювання навантаження постійного струму.

Розмір трансформатора, що живить випрямляч, пропорційний добутку напруги холостого ходу (U₀) та поточної ємності (I_S), яку ми називаємо Po. Пунктирна лінія на аркуші графіка представляє найменше значення Po, необхідне будь-якого значення α (будь-якого відповідного значення F або η) для даної потужності постійного струму. (Po/P_DC = F/η√2).

Трансформатор має мінімальний розмір (Po) близько 1,52 x P_DC (загальна потужність постійного струму, включаючи втрати у діодах) для α = 75º, де η = 0,8 та F = 1,7. На жаль, неможливо завжди залишатися на мінімумі, частково тому, що часто потрібне краще регулювання постійного струму, ніж 20%, а частково тому, що регулювання навантаження трансформаторів залежить від розміру трансформатора. Регулювання навантаження постійного струму і регулювання навантаження трансформатора не пропорційні, але вони зазвичай збільшуються і зменшуються разом, тому дуже маленькі трансформатори зазвичай працюють при значеннях, що перевищують оптимальні, а дуже великі трансформатори працюють при менших, ніж оптимальні значення α.

Конструкція випрямного трансформатора, що відповідає особливим вимогам U_C, U_L, регулювання постійного струму, підвищення температури і т. д., вимагає точних даних як форм-фактора (F), так ефективності випрямлення (η). Але F та η у свою чергу визначаються даними ще не спроектованого трансформатора, тому проектувальник блоку живлення потрапляє у пастку. Один із виходів — взяти якийсь старий трансформатор, змінити його та помолитися, щоб прототип запрацював.

Інший вихід – дозволити інженерам компанії «Елста» зайнятися проектуванням трансформатора. Наші інженери-прикладники мають солідний досвід у проектуванні трансформаторів та джерел живлення, і в їхньому розпорядженні є інструменти для розрахунку та оптимізації трансформаторів, тому вони можуть спроектувати не лише трансформатор, який працюватиме, а й найбільш економічний трансформатор, який працюватиме ефективно.

До списку статей

Чому гармоніки руйнують трансформатори

Трансформаторні технології крокують уперед семимильними кроками. Разом з тим як трансформатори стають економічнішими, дешевшими, технологічнішими у виготовленні та монтажі-на перший план виходить проблема сумісності трансформатора з сучасною мережею. З мережею, яка переповнена різними електронними силовими та імпульсними пристроями. Пристроями незрозумілої якості та походження. Пристроями, де незрозуміло як, реалізована система фільтрів. Через війну крок у розвитку вперед обертається двома кроками тому.Тому необхідне розуміння нових проблем, що з новими високотехнологічними навантаженнями; та розуміння того, як вони можуть вплинути на експлуатацію трансформатора.

Оцінка основних несправностей та дослідження гармонік дає практичний досвід, що дозволяє зрозуміти, чому гармоніки руйнують трансформатори. Нові технології виробництва та експлуатації трансформаторів включають розуміння нових проблем, пов'язаних з новими видами навантажень; та розуміння того, як ці види навантажень можуть впливати на життя трансформатора.
Приклади нових навантажень, які дуже широко використовуються останнім часом: приводи з регульованою швидкістю та/або електронні баласти; складання обладнання для обробки даних в офісах, промислових об'єктах та установах. При розрахунку та монтажі цього обладнання повинні враховуватися перешкоди, паразитні струми та гармоніки, які вони «відправляють» у мережу.
Було проведено значні дослідження та видано багато публікацій щодо впливу гармонік на трансформатори. Хоча гармоніки можуть бути пов'язані з перевантаженням нейтральних провідників і викликати неправдиві спрацьовування автоматичних вимикачів, тут ми зосередимося на вплив гармонік на трансформатори.

Гармоніки
Деякі навантаження викликають непропорційну зміну струму залежно від напруги протягом кожного напівперіоду. Ці навантаження класифікуються як нелінійні навантаження, а струм і напруга мають несинусоїдальну форму хвилі, що містить спотворення. В результаті форма сигналу при частоті 50 Гц має безліч додаткових частот, які на неї накладаються, створюючи безліч частот у межах синусоїдальної хвилі частотою 50 Гц. Декілька частот є гармоніками основної частоти.
Прикладами нелінійних навантажень є джерела безперебійного живлення (ДБЖ), приводи з регульованою швидкістю, зарядні пристрої для акумуляторів, електронні баласти, перетворювачі частоти та джерела живлення з режимами, що перемикаються (зазвичай використовуються в комп'ютерах та іншому обладнанні для обробки даних).

Коли нелінійні струми протікають через електричну систему об'єкта та розподільні лінії передачі, виникають додаткові спотворення напруги через повний опір, пов'язаний з електричною мережею. Таким чином, коли електроенергія генерується, розподіляється та використовується, виникають спотворення форми напруги та струму.

Обладнання, призначене для роботи на основній частоті, яка становить 50 Гц, схильне до незадовільної роботи і іноді виходить з ладу при впливі напруг і струмів, які містять істотні гармонічні частотні елементи. Дуже часто робота електрообладнання може здатися нормальною, але за певної комбінації умов – вплив гармонік посилюється, що призводить до плачевних результатів.
Як обговорювалося раніше, зміни в системі, які призведуть до потенційної відмови через гармоніки, можуть включати установку перетворювачів частоти (тиристорних і на силових транзисторах IGBT), електронних баластів, конденсаторів покращення коефіцієнта потужності, дугових печей, потужних електродвигунів.

Вихрові струми
Застосування несинусоїдної напруги збудження до трансформаторів збільшує втрати в залозі в магнітопроводі трансформатора практично так само, як і в двигуні. Більше серйозний вплив гармонійних навантажень на трансформатори пов'язані з збільшенням втрат на вихрові струми в обмотках.

Вихрові струми - це циркулюючі струми у провідниках, викликані коливальною дією магнітного поля розсіювання на провідники. Концентрація вихрових струмів вища на кінцях обмоток трансформатора через ефект витіснення магнітних полів витоку на кінцях котушки. Втрати на вихрові струми збільшуються як квадрат струму у провіднику та квадрат його частоти. Збільшення втрат на вихрові струми трансформатора через гармоніки істотно впливає на робочу температуру трансформатора. Трансформатори, що використовуються для живлення нелінійних навантажень, повинні бути розраховані на основі відсоткового вмісту гармонійних складових струму навантаження і номінальних втрат на вихрові струми обмоток.
Результуюче збільшення вихрових струмів збільшує робочу температуру сталевого осердя, що, у свою чергу, погіршує параметри ізоляції між шарами осердя. Це призводить до значного збільшення втрат I²R вище за проектні межі трансформатора і перегріву ізоляції обмоток. Результат цього всього – замикання обмоток на залізо сердечника.

Як зазначалося вище, втрати на вихрові струми збільшуються як квадрат струму у провіднику та квадрат його частоти; отже, з вищими і вищими гармоніками це нагрівання ще більше збільшується.
Коли ми розглядаємо трансформатор, ми враховуємо, що обмотка високої та низької напруги намотана навколо твердого залізного сердечника; але якщо ми придивимося уважніше, ми побачимо, що «тверде» залізне ядро складається з пакета тонких сталевих пластин, зазвичай із кремнієвої сталі, і ці тонкі пластини ізольовані одна від одної ізолюючим покриттям, яке наноситься на обидві сторони. Метою ізоляції пластин (шихти) є обмеження їх нагріву вихровими струмами за нормальної роботи.
Навіть не зважаючи на посилений нагрівання на більш високих частотах гармонік, втрати на нагрівання, що відбуваються в залозі сердечника, через погіршення ізоляції призводять до передчасного виходу трансформатора з ладу.

Наприклад, маємо значення вихрових струмів 10 А . Ізоляційний шар, в результаті неправильної роботи трансформатора, між ламелями сердечника пошкоджений і пошкоджений настільки, що всі секції сердечника знаходяться в контакті один з одним. У результаті сумарний ефект нагрівання збільшується з 5 Вт до 50 Вт, або 900% - збільшення нагріву.
Цей посилений нагрівання, який не включає додатковий ефект підвищеної частоти, пов'язаної з гармоніками, призведе до перегріву ізоляції первинної та/або вторинної обмоток, що призведе до виходу з ладу внутрішньої обмотки трансформатора.

Підсумки
Багато кінцеві користувачі знайомі із захистом від стрибків напруги, тому вони застосовують захисні пристрої від стрибків напруги та/або розрядники, але багато хто не повною мірою враховує струми високих гармонік нових або доданих навантажень.
Першим кроком при проектуванні або зміні існуючої системи розподілу електроенергії для підключення нових навантажень є моделювання електричної системи під гармонікою цих навантажень. Також рекомендується виміряти фактичні гармоніки струму, які існують, і після підключення нових навантажень знову виміряти фактичні гармоніки струму.
Якщо вносяться зміни до існуючої системи розподілу електроенергії, ви можете обережно додати нові навантаження, а потім одразу виміряти гармоніки, отримані в результаті цих нових навантажень. Ми сподіваємося, що трансформатор, який живить ці нові навантаження, не вийде з ладу через кілька днів після підключення цих навантажень.
Як тільки рівень гармонік визначено, ви повинні від'єднати їх від трансформатора та визначити наступні кроки. Рішення може бути різним. Наприклад встановити фільтрацію гармонік або з'єднати трансформатори таким чином, щоб було придушення гармонік, або замінити трансформатор під гармоніки.
Іншим варіантом підтримки довгострокової діагностики є встановлення постійного вимірювача гармонік. Якщо у вас відмова трансформатора, і ви не змінили типи нових навантажень, про які говорилося вище, то аналіз гармонік повинен бути частиною аналізу першопричини. Як приклад, стандарт IEEE 519-1992 стверджує, що загальне гармонічне спотворення форми хвилі напруги, яка надається якимсь електричним або електронним пристроєм, не може перевищувати 3% ідеальної синусоїдальної хвилі. Щоб гарантувати, що гармоніки не генеруються цим пристроєм, необхідно виміряти на місці. Це місце може бути, наприклад, точка де зустрічаються електропроводка комунального підприємства-постачальника та об'єкта (зазвичай на лічильнику). Якщо спотворення напруги перевищує 3%, комунальне підприємство має забезпечити деяку форму пом'якшення гармонік для вирішення проблеми.

До списку статей

Тест на знання пристрою та принципу роботи трансформатора

1). У певному навантаженому трансформаторі вторинна напруга становить одну четверту первинної напруги, вторинний струм у цьому випадку:
а) чверть первинного струму
б) вчетверо більше первинного струму
в) дорівнює первинному струму
г) одну четверту первинного струму або рівну первинному струму

2). Що зі списку є змінними втратами?
а) втрата вихрових струмів
б) втрата гістерези
в) втрата у міді у шунтувальному полі
г) втрати у мідній обмотці

3). Шум, що виникає в результаті коливань сталевих ламелів сердечника, обумовлений магнітними силами, називається
а) магнітострикція
б) свист
в) гул
г) зум

4). Первинна обмотка силового трансформатора завжди має бути:
а) відкритої
б) закороченою
в) перемикається
г) об'єднаною

5). Втрата вихрових струмів залежить від:
а) частоти
б) щільність потоку
в) товщини
г) все перелічене вище

6). Втрата на гістерезис залежатимуть від:
а) f
б) f²
в) f³
г) f^1.6

7). Повна втрата в сердечнику також називається -?
а) втрата вихрових струмів
б) втрата на гістерезис
в) магнітні втрати
г) втрата міді

8). Максимальна ефективність роботи трансформатора має місце у випадку, коли втрата міді втрати заліза?
а) більше ніж
б) менше ніж
в) одно
г) будь-який із перерахованих вище

9). Основна функція трансформатора полягає в тому, щоб змінити

а) рівень потужності
б) коефіцієнт потужності
в) рівень напруги
г) частоту

10). Потік у сердечнику трансформатора залежить головним чином від:
а) напруги живлення
б) напруги живлення та частоти
в) напруги живлення, частоти та навантаження
г) напруги живлення та навантаження

Відповіді дивіться у коментарях ⏬

Приховані небезпеки електромобілів

Страхова компанія AXA виявила збільшення нещасних випадків серед більших моделей електромобілів.

электромобиль

Електромобілі мають сюрприз для страхових компаній: з ними пов'язано більше нещасних випадків, ніж у автомобілів з ДВС. Реальність не така тривожна, як може здатися, але страхова компанія AXA Group (Франція) базуючись на своїй внутрішній службовій статистиці, стверджує, що деякі характеристики автомобілів з живленням від батарей можуть неприємно здивувати своїх власників. Принаймні поки вони не звикнуть до нового стилю водіння.

Проблема полягає в тому, що автомобілі, що працюють від акумуляторів, розганяються набагато швидше, ніж бензинові або дизельні, оскільки електродвигун видає повний момент, як водій торкається «педалі газу». Максимальне прискорення доступне одразу, і ця обставина, у свою чергу, може призвести до більшої кількості дорожніх аварій. Швейцарська філія страхової компанії дійшла такого висновку після аналізу файлів своїх клієнтів і проведення краш-тесту для підтвердження даних.

У своєму звіті AXA вказує, що великі та «люксові» моделі електромобілів та позашляховики мають частоту звернень на 40% вище в порівнянні з аналогічними моделями, оснащеними ДВЗ. У нижніх сегментах цифри, однак, схожі.

«На додаток до класичних уроків водіння, особливі знання різних типів транспортних засобів набувають все більшого значення. Зокрема, щодо електромобілів автомобілісти повинні спочатку звикнути до різних способів гальмування та прискорення», – каже дослідник нещасних випадків у компанії AXA-Беттіна Занд.

Додаткова проблема
Використання інноваційних технологій в автомобілях має ще один негативний бік, про який страхова компанія згадує у своїй доповіді: "99 зі 100 водіїв електромобілів, моделі яких оснащені автопілотом, кажуть, що вони також використовують його, частіше на дорозі та на далекі відстані".

Хоча слово «автопілот», що використовується в тексті, є допоміжним засобом керування сучасними автомобілями (адаптивний круїз-контроль, розпізнавання сигналу, система обслуговування смуги руху…). Йдеться швидше про напівавтоматичний пілот. І це один із ризиків: думати, що автомобіль здатний їздити самостійно. "Велика автоматизація" також означає більший ризик того, що водії занадто сильно покладаються на технології. Є кілька нещасних випадків, які були спричинені надмірною залежністю водія від системи», – йдеться у дослідженні AXA.

Після відповідей респондентів у звіті робиться висновок, що водії електромобілів, як правило, більше зацікавлені в інноваціях, знають більше про системи допомоги та використовують їх частіше, на благо та на шкоду. Всі доступні в даний час системи повинні постійно контролюватись та забезпечувати подвійний контроль «на дурня». Хоча ці системи виступають як підтримка, водії не повинні надто покладатися на них, щоб не поставити під загрозу їхню власну безпеку та безпеку інших», - підтверджує Беттіна Занд.

Ризик пожежі
Нещасні випадки однаково небезпечні в електромобілі та автомобілі з ДВЗ. Вони проходять одні й ті ж краш-тести та оснащені однаковими елементами безпеки, і, якщо відбувається дуже сильне зіткнення, високовольтний електричний блок відключається, щоб уникнути можливого короткого замикання, що є причиною пожежі. Фактично дані AXA вказують на те, що електромобілі не згоряють частіше, ніж інші транспортні засоби. Однак, це правда, що запалена батарея спалахує і горить дуже швидко, і цей вогонь також дуже важко загасити через хімічні компоненти і реакції в батареї.

Джерело "El Motor"

Як ми можемо зменшити шум роботи трансформатора?

Відомо, що електричні трансформатори видають звуки, що гудуть і дзижчать, які можуть бути неприємними і викликати занепокоєння. Причиною цього шуму є процес магнітострикції, який відбувається всередині трансформатора, в якому лист з магнітної сталі змінює свої розміри та форму при намагнічуванні. Оскільки магнітострикція є важливим процесом у роботі трансформатора, шум не може бути повністю усунений. Але так, за бажання його певною мірою, можна зменшити.

діаграма причин шумного трансформатора

Важливо те, що ми повинні зрозуміти, це те, що магнітострикція - це розширення і стиснення шихтованих сердечників. Як тороїдальних, так і Ш-подібних, хоча в тороїдальних, звичайно, ці процеси значно менші, які створюють шум під час намагнічування. Таким чином, шум трансформатора походить від сердечника. Зрозуміло, що жоден трансформатор неспроможна працювати беззвучно, і рівень шуму визначається конструкцією самого трансформатора. Будь-які коригування, зроблені у конструкції, можуть збільшувати або зменшувати рівень шуму. Тим не менш, основне завдання зменшення рівня шуму має вирішуватися під час проектування трансформатора.

Монтаж трансформатора на твердій поверхні
Трансформатори завжди рекомендується встановлювати на важких щільних поверхнях, таких як бетонні стіни та підлоги, а не на фанерних поверхнях або тонких навісних стінах, які тільки посилять шум, що гуде, роблячи його нестерпним. Як правило, монтажні поверхні повинні бути в десять разів важчими за встановлюваний трансформатор.

Уникайте установки трансформаторів у кутах, коридорах та сходових клітинах
Коли між трансформатором та сусідньою стіною залишається мало місця, звук лише посилюється. Це працює так само, як відлуння нашого голосу, що посилює наш власний звук. Таким чином, навколо трансформатора має бути достатньо вільного місця. Ось чому такі місця, як кути кімнат, коридори і сходові клітини, слід уникати, якщо ми не хочемо збільшити акустичний ефект від трансформатора, що шумить. Крім того, розміщення трансформатора під стелею також не дуже гарна ідея!

Кріплення трансформатори повинні бути завжди щільно затягнуті
Всі болти та гвинти у кришці та верхній частині трансформатора повинні бути завжди затягнуті. Будь-які незакріплені деталі будуть вібрувати при увімкненому трансформаторі. Цей шум складається з дратівливим шумом, що виробляється трансформатором.

Використання звукопоглинаючих матеріалів
Використання шумопоглинаючих матеріалів, таких як масляні бар'єри або прокладки з гуми та м'яких матеріалів може допомогти поглинути звук, що зменшує шум та перешкоджає його поширенню. Це спосіб поглинання звуку, але це не означає, що шум трансформатора зникне. Це лише зменшить рівень шуму. Але тут одразу виникають питання ефективного охолодження трансформатора, які потребують вирішення на етапі проектування.

Наведені нижче рекомендації допоможуть вам забезпечити прийнятну установку.

-Максимальний рівень шуму трансформатора слід порівнювати з прогнозованим середовищем його розташування. Трансформатор повинен бути переміщений, якщо рівень шуму вище, ніж допускається в цьому місці.
-При установці трансформаторів у таких місцях, як офісні будівлі або готелі, треба планувати так, щоб між трансформатором та «зонами для людей» залишалося хоча б невелике технічне приміщення.
-Монтажна поверхня для трансформатора не повинна резонувати та підвищувати рівень шуму. Монтажна основа (наприклад, бетонна підлога) повинна важити щонайменше в 10 разів більше, ніж трансформатор.
-Слід уникати кутового розташування, оскільки звук відображатиметься в кімнату.
-Пристрій не слід встановлювати на тонких стінах, таких як фанера або підвісні стіни, оскільки вони підсилюють звук (ефект звукової колонки).
-Потрібно слідувати інструкціям виробника по установці, щоб використовувати будь-які пристрої придушення вібрації, що включені в конструкцію трансформатора.

Для будь-яких рішень у трансформаторному обладнанні, ви можете звернутися до нас, компанії, яка працює в цій галузі з 2002 року. Ми знаємо всі можливі проблеми, з якими стикаються інженери при виборі та експлуатації трансформаторної техніки та знаємо як їх вирішити!

Скільки коштує встановлення сонячних батарей? Чи це вигідно?

Сонячні батареї дають безперечний результат, але їх використання не завжди однаково вигідне. Перевірте, як розрахувати доходність інвестицій у сонячну енергетику.

Фотоелектричні панелі зазвичай виготовляються із полікристалічних кремнієвих елементів. В одній панелі їх щонайменше десяток або близько того. Використовуються для будівництва сонячних установок, у яких їх налічується 60 або 72. Тоді пристрій має розмір приблизно 1∗1,7м та пікову потужність 240-290 Вт. Необхідна потужність усієї установки забезпечується відповідною кількістю панелей.

Скільки потрібно витратити на фотоелектричні панелі?

Припустимо, що нас цікавить установка потужністю 5 кВт, з якої мають бути запитані побутові споживачі електроенергії. Панелі з піковою потужністю близько 250 Вт в даний час продаються приблизно за 2500 грн. Нам потрібно 20, тому ми заплатимо 50000 грн. До цього слід додати не менше 30000 грн. на інвертор, що забезпечує зміну параметрів струму від панелей до тих, які потрібні домашнім приймачам (змінне, 230 В, 50 Гц), та ще пара тисяч на кріплення, конструкції, спеціальні дроти (перетином 4 мм², тобто набагато товщі ніж в установці 230 В), аксесуари та складання всієї установки. Тому, якщо ви хочете мати сонячну електростанцію з піковою потужністю 5 кВт/с, вам необхідно підготуватися до витрат -82 тисячі гривень. Якщо нас цікавить менша потужність, то в перерахунку за 1 кВт ціна буде трохи вище. Орієнтовна ціна системи з піковою потужністю 3 кВт становить приблизно 60000грн.

Фотогальванічна установка – скільки можна отримати?

Сонячне випромінювання, що досягає земної поверхні в нашому географічному місці, рідко досягає потужності 1000 Вт/м², для якої виробники повідомляють про параметри фотоелектричних панелей. Тому параметр, званий піковою потужністю, мало говорить про переваги їхнього використання. Щоб розрахувати, скільки ви можете заощадити, використовуючи фотоелектричну установку, вам потрібно знати, скільки енергії вона забезпечує, і це залежить не тільки від сонячної енергії, але і від розташування панелей (кут падіння променів), температури навколишнього середовища, затінювання та інших факторів. Отже, кількість енергії має визначатися на основі випробувань пристрою у цій ситуації.

Щоб оцінити прибутковість покупки фотоелектричної енергії, ми змушені покладатися на інформацію від виробників, які зазвичай оцінюють її на основі теоретичних розрахунків. Вони показують, що пікова установка потужністю 5 кВт, побудована з панелей, подібних до описаних вище, може забезпечувати в середньому 4200 кВт-год електроенергії на рік. В Україні так зване очікуване річне вироблення енергії оцінюється в 110-150 кВт*год на 1 м² типового сонячного модуля. Якщо припустити з оптимізмом, що він буде повністю використаний, ми отримаємо дуже привабливе повернення інвестицій. Оскільки 1 кВт.год енергії витрачається на електроенергію близько 1,68грн. (середній тариф), завдяки фотоелектричній системі потужністю 5 кВт/год щорічно економиться приблизно 7000грн. Розрахункові вище за 85000 грн. витрачені на покупку окупляться приблизно через 11-12 років, а потім почнуть приносити прибуток. Хоча ефективність фотогальваніки з часом знижується, виробники гарантують, що панелі виготовлені з полікристалічних осередків кремнію будуть видавати не менше 90% їхню номінальну потужність через 12 років, а через 25 років вони будуть працювати, і їхня потужність не впаде нижче 80%. Таким чином, схоже, що фотоелектрична установка є розумною інвестицією.

Купити трансформатори для обладнання сонячної енергетики.

Однак, як і раніше, необхідно враховувати той факт, що кількість енергії, що виробляється установкою, що надається виробниками, є приблизною, оскільки на неї впливає навіть погода (в основному хмарність), яку ніхто не прогнозує. Інформація про кількість енергії, що виробляється панелями, ґрунтується на статистиці для кожного типу систем. Тому потрібно враховувати різницю між теорією та практикою. Слід також враховувати втрати енергії – близько 3% на дротах та від 3 до 15% на інверторі.

Рентабельність інвестицій у фотоелектричну установку

Звичайно, це залежить від ціни установки та ціни на електроенергію - чим вона дорожча, тим вигіднішою буде експлуатація фотогенеруючої системи, яка надає її безкоштовно. Але не всі звертають увагу на те, що не вся фотоелектрична енергія може бути використана, а ступінь її використання дуже впливає на прибутковість їх покупки. З цієї причини інвестування в установку великої потужності не є гарною ідеєю, навіть якщо вона вище, тим нижча вартість її одиниці (за кіловат потужності). Якщо фотоелементи дають енергію з великим надлишком, період окупності буде тривалим. Вибираючи установку з розумною (помірною) потужністю, можна розраховувати на те, що, не накопичуючи енергію, ви зможете використовувати її для власних домашніх потреб на 30%. І це означає, що термін окупності втричі більший, ніж якби вона використовувалася повністю. Ось чому дуже важливо мати можливість віддавати надмірну енергію у мережу. Але то вже інша історія.

Розробка та виготовлення сегментованих кришок сердечників

Роздільні стінки

Інструмент для намотування кришки із сегментованим сердечником

Резюме: переваги сегментованого закритого осердя.

Сегментний трансформатор з кришкою сердечника та стандартний тороїдальний трансформатор-порівняння.

Вагове порівняння

Порівняння підвищення температури

Порівняння робочого часу

Порівняння робочого часу

Висновок

Наведені нижче рекомендації допоможуть вам забезпечити прийнятну установку.

Скільки потрібно витратити на фотоелектричні панелі?

Фотогальванічна установка – скільки можна отримати?

Рентабельність інвестицій у фотоелектричну установку

Підібрати аналог