Mikä on tehomuuntaja ja miten se toimii?

Joissakin aiemmissa artikkeleissamme olemme keskustelleet muuntajan ja sen eri tyyppien perusteista. Yksi tärkeistä ja yleisesti käytetyistä muuntajista on tehomuuntaja. Sitä käytetään hyvin laajalti jännitteen nostamiseen ja laskemiseen vastaavasti sähkövoimalassa ja jakeluasemalla (tai sähköasemassa).

Harkitse esimerkiksi yllä esitettyä lohkokaaviota. Tässä tehomuuntajaa käytetään kaksi kertaa samalla kun se toimittaa sähköä kuluttajalle, joka on kaukana generaattoriasemasta.

Ensimmäinen kerta on voimalaitoksessa tehostamaan tuuligeneraattorin tuottamaa jännitettä.
Toinen on jakelupisteessä (tai sähköasemassa) siirtojohdon päässä vastaanotetun jännitteen alentamiseksi.

Tehohäviö siirtolinjoissa

Tehomuuntajan käyttämiseen sähköjärjestelmissä on monia syitä. Mutta yksi tärkeimmistä ja yksinkertaisimmista syistä voimamuuntajan käyttämiseen on vähentää tehohäviöitä sähkövoimansiirron aikana.

Katsotaan nyt, kuinka tehohäviöitä vähennetään huomattavasti tehomuuntajan avulla:

Ensinnäkin tehohäviön P = I * I * R yhtälö.

Täällä I = virta johtimen läpi ja R = johtimen vastus.

Joten tehohäviö on suoraan verrannollinen johtimen tai siirtojohdon läpi kulkevan virran neliöön. Joten pienennä johtimen läpi kulkevan virran suuruutta pienemmiksi tehohäviöiksi.

Kuinka hyödynnämme tätä teoriaa, selitetään alla:

Sano alkujännite = 100 V ja kuormitus = 5A ja toimitettu teho = 500 wattia. Tällöin siirtojohtojen on tällöin kuljettava 5A: n suuruinen virta lähteestä kuormaan. Mutta jos nostamme jännitettä alkuvaiheessa 1000 V: iin, siirtojohtojen on vain kannettava 0,5 A, jotta saadaan sama 500 W: n teho.
Joten lisäämme jännitettä voimajohdon alussa käyttämällä virtamuuntajaa ja käytämme toista tehomuuntajaa alentamaan jännitettä siirtojohdon päässä.
Tämän asennuksen avulla 100 + Kilometrin voimajohdon läpi kulkevan virran suuruus pienenee huomattavasti, mikä vähentää tehohäviötä lähetyksen aikana.

Ero tehomuuntajan ja jakelumuuntajan välillä

Tehomuuntajaa käytetään yleensä täydellä kuormalla, koska se on suunniteltu korkealle hyötysuhteelle 100% kuormituksella. Toisaalta jakelumuuntajalla on korkea hyötysuhde, kun kuorma pysyy 50%: n ja 70%: n välillä. Joten jakelumuuntajat eivät sovellu toimimaan jatkuvasti 100%: n kuormituksella.
Koska tehomuuntaja johtaa suuriin jännitteisiin nousun ja laskun aikana, käämeillä on korkea eristys verrattuna jakelumuuntajiin ja instrumenttimuuntajiin.
Koska ne käyttävät korkean tason eristystä, ne ovat kooltaan erittäin isoja ja myös erittäin raskaita.
Koska tehomuuntajia ei yleensä ole kytketty suoraan koteihin, niillä on vähemmän kuormanvaihteluja, kun taas toisaalta jakelumuuntajilla on voimakkaita kuormanvaihteluita.
Ne ladataan kokonaan 24 tuntia päivässä, joten kupari- ja rautahäviöitä tapahtuu koko päivän ajan ja ne pysyvät paljolti samana koko ajan.
Tehomuuntajan vuotiheys on suurempi kuin jakelumuuntajan.

Tehomuuntajan toimintaperiaate

Virtamuuntaja toimii Faradayn sähkömagneettisen induktion lain periaatteella. Sähkömagnetismin peruslaki selittää induktoreiden, moottoreiden, generaattoreiden ja sähkömuuntajien toimintaperiaatteen.

Lain mukaan '' kun suljetun silmukan tai oikosulkuinen johdin on lähellä vaihtelevaa magneettikenttää, virtavirta syntyy siinä suljetussa piirissä '' .

Keskustelkaamme siitä tarkemmin lain ymmärtämiseksi paremmin. Tarkastellaan ensin alla olevaa skenaariota.

Tarkastellaan kestomagneettia ja johdin tuodaan ensin lähelle toisiaan.

Sitten johdin oikosuljetaan molemmista päistä kaapelilla kuvan mukaisesti.
Tässä tapauksessa johtimessa tai silmukassa ei ole virtausta, koska silmukan leikkaava magneettikenttä on paikallaan ja kuten laissa mainitaan, vain vaihteleva tai muuttuva magneettikenttä voi pakottaa virran silmukassa.
Joten ensimmäisessä paikallaan olevan magneettikentän tapauksessa johdinpiirissä on nollavirta.

sitten silmukan leikkaava magneettikenttä muuttuu jatkuvasti. Koska tässä tapauksessa läsnä on vaihteleva magneettikenttä, Faradayn lait tulevat toimimaan ja näin voimme nähdä virtavirran johtimen silmukassa.

Kuten kuvasta näet, magneetin edestakaisen liikkumisen jälkeen näemme johtimen ja suljetun silmukan läpi virtaavan virran 'I'.

korvata se muilla vaihtelevilla magneettikentän lähteillä, kuten alla.

Nyt vaihtelevaa jännitelähdettä ja johtinta käytetään vaihtelevan magneettikentän muodostamiseen.
Sen jälkeen kun johtosilmukka on tullut lähelle magneettikentän aluetta, voimme nähdä johtimen poikki muodostuvan EMF: n. Tämän indusoidun EMF: n takia meillä on nykyinen virtaus 'I'.
Indusoidun jännitteen suuruus on verrannollinen toisen silmukan kokemaan kentän voimakkuuteen, joten mitä suurempi magneettikentän voimakkuus, sitä suurempi virtaus suljetussa piirissä.

Vaikka Faradayn lain ymmärtämiseksi on mahdollista käyttää yhtä kapellimestaria. Paremman käytännön suorituskyvyn saavuttamiseksi on suositeltavaa käyttää kelaa molemmin puolin.

Tällöin primäärikäämin1 läpi kulkee vaihtovirta, joka muodostaa vaihtelevan magneettikentän johtokelojen ympärillä. Ja kun kela2 saapuu kelan tuottaman magneettikentän alueelle, kelan2 yli syntyy EMF-jännite Faradayn sähkömagneettisen induktion lain vuoksi. Ja sen jännitteen takana kelassa2 virta 'I' virtaa toissijaisen suljetun piirin läpi.

Nyt sinun on muistettava, että molemmat kelat ovat riippuvaisia ilmassa, joten magneettikentän käyttämä johtamisväline on ilmaa. Ja ilmalla on suurempi resistanssi kuin metalleihin magneettikentän johtamisen tapauksessa, joten jos käytämme metalli- tai ferriittisydämää toimimaan sähkömagneettisen kentän väliaineena, voimme kokea sähkömagneettisen induktion perusteellisemmin.

Joten nyt korvataan ilmamateriaali rauta-aineella ymmärtämistä varten.

Kuten kuvassa on esitetty, voimme käyttää rautaa tai ferriittisydämää vähentämään magneettivuon menetystä voimansiirron aikana kelasta toiseen. Tänä aikana ilmakehään vuotanut magneettivuo on huomattavasti pienempi kuin aika, jolloin käytimme ilmaväliainetta, koska ydin on erittäin hyvä magneettikentän johtaja.

Kun kela1 muodostaa kentän, se virtaa kelan 2 läpi ulottuvan rautasydämen läpi, ja nykyään lakikäämi2 tuottaa EMF: n, jonka lukee kelan2 yli kytketty galvanometri.

Nyt kun tarkkailet huolellisesti, löydät tämän asennuksen samanlaiseksi kuin yksivaiheinen muuntaja. Ja kyllä, kaikki nykyiset muuntajat toimivat samalla periaatteella.

Tarkastellaan nyt kolmivaiheisen muuntajan yksinkertaistettua rakennetta.

Kolmivaiheinen muuntaja

Muuntajan luuranko on suunniteltu kiinnittämällä laminoituja metallilevyjä, joita käytetään magneettivuon kuljettamiseen. Kaaviosta näet, että luuranko on maalattu harmaaksi. Luurangossa on kolme saraketta, joihin kääritään kolmen vaiheen käämit.
Alemman jännitteen käämitys kääritään ensin ja kelataan lähemmäksi ydintä, kun taas korkeamman jännitteen käämitys kääritään alemman jännitteen käämityksen päälle. Muista, että molemmat käämit on erotettu eristekerroksella.
Tässä kukin sarake edustaa yhtä vaihetta, joten kolmella sarakkeella meillä on kolmivaiheinen käämitys.
Tämä koko luuranko- ja käämitysjärjestely upotetaan sinetöityyn säiliöön, joka on täytetty teollisuusöljyllä lämmönjohtavuuden ja eristämisen parantamiseksi.
Käämityksen jälkeen kaikkien kuuden kelan päätelaitteet tuotiin suljetusta säiliöstä HV-eristimen kautta.
Liittimet on kiinnitetty kohtuullisella etäisyydellä toisistaan kipinähyppyjen välttämiseksi.

Tehomuuntajan ominaisuudet

Nimellisteho	3 MVA - 200 MVA
Ensiöjännitteet tyypillisesti	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Toisiojännitteet tyypillisesti	3,3, 6,6, 11, 33, 66, 132 kV tai mukautettu eritelmä
Vaiheet	Yksi- tai kolmivaiheiset muuntajat
Nimellistaajuus	50 tai 60 Hz
Napauttaminen	Kuormitetut tai kuormittamattomat käämikytkimet
Lämpötilan nousu	60 / 65C tai mukautettu eritelmä
Jäähdytystyyppi	ONAN (öljy luonnollinen ilma luonnollinen) tai muun tyyppinen jäähdytys, kuten KNAN (maks. 33 kV) pyynnöstä
Jäähdyttimet	Säiliöön asennetut jäähdytyspatteripaneelit
Vektoriryhmät	Dyn11 tai mikä tahansa muu vektoriryhmä IEC 60076: n mukaisesti
Jännitteen säätö	Käämikytkimen kautta (vakiona AVR-releellä)
HV- ja LV-liittimet	Ilmakaapelilaatikon tyyppi (enintään 33 kV) tai avoimet holkit
Asennukset	Sisä- tai ulkotiloissa
Äänitaso	Kuten ENATS 35 tai NEMA TR1

Virransiirron sovellukset

Virtamuuntajaa käytetään pääasiassa sähköntuotannossa ja jakeluasemilla.
Sitä käytetään myös eristysmuuntajissa, maadoitusmuuntajissa, kuudessa pulssi- ja kaksitoista pulssi-tasasuuntaajamuuntajassa, aurinkosähkömuuntajien muuntajissa, tuulipuistomuuntajissa ja Korndörfer-autotransformaattorien käynnistimessä.
Sitä käytetään tehohäviöiden vähentämiseen sähkönsiirron aikana.
Sitä käytetään suurjännitetasoon ja suurjännitteeseen.
Se on suositeltavaa pitkän matkan kuluttajatapauksissa.
Ja suositeltavaa tapauksissa, joissa kuorma toimii täydellä kapasiteetilla 24x7.