Трансформаторлар электр энергиясы жүйелеріндегі маңызды компоненттер болып табылады, олар электр энергиясын алыс қашықтыққа тиімді беруді және таратуды қамтамасыз етеді. Трансформаторлар әртүрлі типтер мен конфигурацияларда болғанымен, екі негізгі санат ерекшеленеді: күшейткіш және төмендеткіш трансформаторлар.

Бұл блог жазбасында біз күшейткіш және төмендеткіш трансформаторлар арасындағы негізгі айырмашылықтарды зерттейміз, олардың бірегей сипаттамаларын, жұмыс принциптерін және электротехника саласындағы кең таралған қолданыстарын тереңірек қарастырамыз.

Қадамдық трансформаторлар

Қадамдық трансформаторлар дегеніміз не

Жоғарылататын трансформаторлар - бұл бірінші реттік орамадан екінші реттік орамаға кернеу деңгейін арттыруға арналған электр құрылғылары.

осы күштік трансформаторлар ортақ өзекке оралған оқшауланған мыс сымның екі катушкасынан тұрады, екінші реттік орамасының орамдары бірінші реттік орамаға қарағанда көбірек. Екінші реттік орамдағы орамдардың көп болуы күшейткіш трансформаторларға төмен вольтты, жоғары ток қуатын жоғары вольтты, төмен ток қуатына түрлендіруге мүмкіндік береді, бұл оларды электр энергиясын ұзақ қашықтыққа беру үшін өте қолайлы етеді.

Қадамдық трансформаторлар қалай жұмыс істейді

Жоғарылататын трансформаторлардың жұмысы электромагниттік индукция принципіне негізделген. Бастапқы орамаға айнымалы ток (АТ) берілгенде, ол трансформатор өзегінде магнит ағынын тудырады. Бұл ауытқып тұратын магнит өрісі екінші реттік орамада электр қозғаушы күшті (ЭҚК) тудырады, бұл екінші реттік орамадағы орамдар санының бірінші реттік орамаға қатынасына пропорционалды шығыс кернеуін тудырады.

Жоғарылататын трансформаторларда екінші реттік ораманың орамдары бірінші реттік орамаға қарағанда көбірек, бұл бастапқы кернеумен салыстырғанда жоғары екінші реттік кернеуге әкеледі. Екінші реттік орамадағы орамдар санының бірінші реттік орамаға қатынасы шығыс кернеуінің шамасын анықтайтын трансформация коэффициенті деп аталады. Мысалы, егер жоғарылататын трансформатордың бірінші реттік орамасының орамдары 100, ал екінші реттік орамасының орамдары 1,000 болса, трансформация коэффициенті 10:1 болады, яғни шығыс кернеуі кіріс кернеуінен он есе жоғары болады.

Жоғарылататын трансформатордағы кернеу түрлендіруі келесі формула бойынша жүзеге асырылады:

V_s / V_p = N_s / N_p

Қайда:

• V_s - екінші реттік (шығыс) кернеу
• V_p - бастапқы (кіріс) кернеу
• N_s - екінші реттік орамдағы орамдар саны
• N_p - бастапқы орамдағы орамдар саны

Жоғарылататын трансформаторда екінші реттік орамдағы орамдар саны (N_s) бірінші реттік орамдағы орамдар санынан (N_p) көп. Нәтижесінде екінші реттік кернеу (V_s) бірінші реттік кернеуден (V_p) жоғары болады, бұл кернеуді «артырады».

Жоғарылататын трансформатордағы ток түрлендіруі кернеу түрлендіруіне кері пропорционал. Ол келесі формула бойынша жүзеге асырылады:

I_p / I_s = N_s / N_p

Қайда:

• I_p - негізгі (кіріс) тогы
• I_s - екінші реттік (шығыс) тогы

Жоғарылататын трансформаторда кернеу біріншілік орамнан екіншілік орамға дейін артқан сайын ток күші азаяды. Себебі идеалды трансформатордағы қуат (P) тұрақты болып қалады, ал қуат кернеу мен ток күшінің көбейтіндісіне тең (P = V × I). Егер кернеу артса, қуат деңгейін сақтау үшін ток күші төмендеуі керек.

Төменгі трансформаторлар

Төмендеткіш трансформаторлар дегеніміз не

A төмендететін трансформатор жоғары вольтты, төмен токты қуатты төмен вольтты, жоғары токты қуатқа түрлендіретін трансформатор түрі.

Төмендеткіш трансформаторлар темір немесе болат сияқты магниттік материалдардан жасалған ортақ өзекке оралған, біріншілік және екіншілік орама деп аталатын екі катушка жиынтығынан тұрады. Біріншілік орама жоғары вольтты кірісті қабылдайды, ал екіншілік орама төмендетілген кернеу шығысын береді.

Төмендеткіш трансформаторлар қалай жұмыс істейді

Төмендеткіш трансформаторлардың жұмыс принципі Фарадейдің электромагниттік индукция заңына негізделген. Бастапқы орамаға айнымалы ток (АТ) берілгенде, ол трансформатор өзегінде өзгеретін магнит ағынын тудырады. Бұл өзгермелі магнит өрісі екінші реттік орамада электр қозғаушы күшті (ЭҚК) тудырады, бұл екінші реттік орамадағы орамдар санының бірінші реттік орамдағы орамдар санына қатынасына пропорционалды шығыс кернеуін тудырады.

Төмендеткіш трансформаторда екінші реттік ораманың орамдары бірінші реттік орамаға қарағанда аз. Нәтижесінде, екінші реттік орамадағы индукциялық кернеу бірінші реттік орамаға қолданылатын кіріс кернеуінен төмен. Дегенмен, энергияның сақталу заңына сәйкес, екінші реттік орамадағы ток тұрақты қуат берілісін сақтау үшін пропорционалды түрде артады (шығынсыз идеалды трансформаторды ескере отырып).

Қадамдық және төмендеткіш трансформаторлар арасындағы негізгі айырмашылықтар

Кернеуді түрлендіру

Жоғарылататын трансформаторлар біріншілік орамнан екіншілік орамға дейінгі кернеуді арттыруға арналған. Бұған біріншілік ораммен салыстырғанда екіншілік орамдағы орамдар санының көп болуы арқылы қол жеткізіледі.

Төмендеткіш трансформаторлар бастапқы орамдағыға қарағанда екінші реттік орамдағы орамдардың аз болуы арқылы бірінші реттік орамнан екінші реттік орамға дейінгі кернеуді төмендетеді.

Ағымдағы трансформация

Жоғарылататын трансформаторда кернеу біріншілік орамнан екіншілік орамға дейін артқан сайын ток күші пропорционалды түрде азаяды.

Төмендеткіш трансформаторда кернеу біріншілік орамнан екіншілік орамға дейін төмендеген сайын ток күші пропорционалды түрде артады.

Бұрылыс коэффициенті

Жоғарылататын трансформаторда орам коэффициенті 1-ден үлкен, бұл екінші реттік орамның бірінші реттік орамға қарағанда көбірек орамдары бар екенін көрсетеді.

Төмендеткіш трансформаторда орам коэффициенті 1-ден аз, бұл екінші реттік орамның бірінші реттік орамға қарағанда орамдары аз екенін көрсетеді.

жобалау

Жоғарылатылған кернеуді қамтамасыз ету үшін әдетте күшейткіш трансформаторлардың өзегі үлкенірек және екінші реттік орамадағы орамдар саны көп болады. Олар сондай-ақ электрлік бұзылулардың алдын алу үшін жоғары диэлектрлік беріктігі бар оқшаулағыш материалдарды қажет етеді.

Төмендеткіш трансформаторлардың өзек өлшемі кішірек және екінші реттік орамадағы орамдар аз. Олар сондай-ақ жоғары ток күшін басқару үшін екінші реттік орамада қалыңырақ сым өлшегіштерін пайдалануы мүмкін.

Жалпы қолдану

Жоғары вольтты электр беру желілері арқылы ұзақ қашықтыққа бермес бұрын өндірілген электр энергиясының кернеуін арттыру үшін электр станцияларында күшейткіш трансформаторлар жиі қолданылады.

Екінші жағынан, төмендеткіш трансформаторлар электр тарату желілерінде жоғары вольтты электр энергиясын соңғы тұтынушылар үшін қолайлы төмен кернеу деңгейлеріне дейін төмендету үшін қолданылады. Олар көбінесе тарату қосалқы станцияларында кездеседі және үйлерді, кеңселерді және өнеркәсіптік жабдықтарды қуаттандыру үшін қолданылады.

Тиімділік

Жоғарылататын трансформаторлар әдетте төменлататын трансформаторлармен салыстырғанда жоғары тиімділікке ие. Себебі жоғарылататын трансформаторлардағы кернеудің жоғарылауы ток ағынын азайтуға мүмкіндік береді, бұл орамдардағы мыс шығындарын азайтады.

Төмендеткіш трансформаторлар, әлі де тиімді болғанымен, екінші реттік орамдағы ток ағынының артуына байланысты тиімділігі сәл төмен болуы мүмкін, бұл мыстың жоғалуына әкеледі.

Кері тамақтандыру тұжырымдамасы

Жоғарылататын және төмендететін трансформаторлар белгілі бір мақсаттарға арналғанымен, оларды кері қоректендіру деп аталатын кері бағытта басқаруға болады. Бұл конфигурацияда жоғарылататын трансформатор төмен түсіретін трансформатор ретінде жұмыс істей алады және керісінше. Дегенмен, бұл тәжірибе мұқият қарастырылуы тиіс белгілі бір шектеулер мен ықтимал тәуекелдермен бірге келеді.

Кері бағытта жұмыс істеген кезде трансформатор тиімді жұмыс істемеуі мүмкін және кернеуді реттеу бұзылуы мүмкін. Сонымен қатар, кері қоректендіру қауіпсіздік мәселелеріне және трансформаторға немесе қосылған жабдыққа ықтимал зақым келтіруі мүмкін.

Қауіпсіз және тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін, әдетте, трансформаторларды мақсатты түрде және көрсетілген кернеу мен ток номиналдарында пайдалану ұсынылады. Егер белгілі бір қолданба басқа кернеу түрлендіру коэффициентін қажет етсе, кері қоректендіруге сүйенудің орнына, осы мақсат үшін арнайы жасалған трансформаторды пайдалану ұсынылады.

Кейбір жағдайларда кері қоректендіру уақытша немесе төтенше жағдайларда қолданылуы мүмкін, бірақ оны сақтықпен және білікті электр мамандарының басшылығымен жасау керек. Трансформаторды және қосылған жабдықты ықтимал зақымданудан қорғау үшін тиісті сақтандырғыштарды, автоматты ажыратқыштарды және бақылау құрылғыларын пайдалану сияқты тиісті қауіпсіздік шараларын қолдану қажет.