Ce este transformatorul de putere și cum funcționează?

În unele dintre articolele noastre anterioare am discutat despre elementele de bază ale transformatorului și diferitele tipuri ale acestuia. Unul dintre transformatoarele importante și frecvent utilizate este transformatorul de putere. Este utilizat pe scară largă pentru intensificarea și scăderea tensiunii la stația de generare a energiei electrice și, respectiv, la stația de distribuție (sau substație).

De exemplu, luați în considerare diagrama bloc prezentată mai sus. Aici transformatorul de putere este utilizat de două ori în timp ce furnizează energie electrică unui consumator care este departe de stația de generare.

Prima dată este la stația de generare a energiei electrice pentru a intensifica tensiunea generată de generatorul eolian.
Al doilea este la stația de distribuție (sau stația de distribuție) pentru a reduce tensiunea primită la sfârșitul liniei de transmisie.

Pierderea de putere în liniile de transmisie

Există multe motive pentru utilizarea unui transformator de putere în sistemele de alimentare electrică. Dar unul dintre cele mai importante și simple motive pentru utilizarea transformatorului de putere este reducerea pierderilor de putere în timpul transmisiei de energie electrică.

Acum să vedem cum pierde puterea se reduce considerabil folosind un transformator de putere:

În primul rând, ecuația pierderii de putere P = I * I * R.

Aici I = curent prin conductor și R = rezistența conductorului.

Deci, pierderea de putere este direct proporțională cu pătratul curentului care curge prin conductor sau linia de transmisie. Deci scade magnitudinea curentului care trece prin conductor mai mici pierderile de putere.

Modul în care vom profita de această teorie este explicat mai jos:

Spuneți tensiunea inițială = 100V și consumul de sarcină = 5A și puterea livrată = 500watt. Apoi, liniile de transmisie de aici trebuie să transporte un curent de magnitudine 5A de la sursă la încărcare. Dar dacă intensificăm tensiunea la stadiul inițial la 1000V, atunci liniile de transmisie trebuie să transporte doar 0,5A pentru a furniza aceeași putere de 500Watt.
Deci, vom crește tensiunea la începutul liniei de transmisie folosind un transformator de putere și vom folosi un alt transformator de putere pentru a reduce tensiunea la sfârșitul liniei de transmisie.
Cu această configurare, magnitudinea fluxului de curent prin linia de transmisie de 100 + Kilometri este redusă considerabil, reducând astfel pierderea de putere în timpul transmisiei.

Diferența dintre Transformatorul de putere și Transformatorul de distribuție

Transformatorul de putere funcționează de obicei la sarcină maximă, deoarece este proiectat pentru a avea o eficiență ridicată la o sarcină de 100%. Pe de altă parte, transformatorul de distribuție are o eficiență ridicată atunci când sarcina rămâne între 50% și 70%. Deci, transformatoarele de distribuție nu sunt potrivite pentru a funcționa la 100% încărcare continuă.
Deoarece transformatorul de putere duce la tensiuni ridicate în timpul creșterii și coborârii, înfășurările au o izolație ridicată în comparație cu transformatoarele de distribuție și transformatoarele de instrumente.
Deoarece utilizează izolație la nivel înalt, au dimensiuni foarte voluminoase și sunt, de asemenea, foarte grele.
Deoarece transformatoarele de putere nu sunt de obicei conectate direct la locuințe, acestea experimentează fluctuații mai reduse ale sarcinii, în timp ce pe de altă parte, transformatoarele de distribuție au fluctuații mari de sarcină.
Acestea sunt încărcate complet timp de 24 de ore pe zi, astfel încât pierderile de cupru și fier au loc pe tot parcursul zilei și rămân la fel tot timpul.
Densitatea fluxului în transformatorul de putere este mai mare decât transformatorul de distribuție.

Principiul de lucru al transformatorului de putere

Transformatorul de putere funcționează pe principiul „legii inducției electromagnetice a lui Faraday”. Legea de bază a electromagnetismului explică principiul de funcționare al inductoarelor, motoarelor, generatoarelor și transformatoarelor electrice.

Legea prevede „ Atunci când un conductor cu buclă închisă sau scurtcircuitat apropiat de un câmp magnetic variabil, atunci fluxul de curent este generat în acea buclă închisă” .

Pentru a înțelege mai bine legea, haideți să o discutăm mai detaliat. În primul rând, să luăm în considerare un scenariu de mai jos.

Luați în considerare un magnet permanent și un conductor este apropiat unul de celălalt mai întâi.

Apoi, conductorul este scurtcircuitat la ambele capete folosind un fir așa cum se arată în figură.
În acest caz, nu va exista curent de curent în conductor sau buclă deoarece câmpul magnetic care taie bucla este staționar și așa cum se menționează în lege, doar un câmp magnetic variabil sau în schimbare poate forța curentul în buclă.
Deci, în primul caz al câmpului magnetic staționar, va exista un debit zero în bucla conductorului.

apoi câmpul magnetic care taie bucla continuă să se schimbe. Deoarece există un câmp magnetic diferit prezent în acest caz, legile lui Faraday se vor juca și astfel putem vedea un flux de curent în bucla conductorului.

După cum puteți vedea în figură, după ce magnetul se mișcă înainte și înapoi, vom vedea un curent „I” care curge prin conductor și bucla închisă.

pentru a-l înlocui cu alte surse variabile de câmp magnetic, cum ar fi mai jos.

Acum, o sursă de tensiune alternativă și un conductor sunt folosite pentru a genera un câmp magnetic diferit.
După ce bucla conductorului s-a apropiat de domeniul câmpului magnetic, atunci putem vedea un EMF generat pe conductor. Din cauza acestui EMF indus, vom avea un flux de curent „I”.
Mărimea tensiunii induse este proporțională cu intensitatea câmpului experimentat de cea de-a doua buclă, deci cu cât este mai mare intensitatea câmpului magnetic, cu atât este mai mare debitul de curent în bucla închisă.

Deși este posibil să folosiți un singur conductor configurat pentru a înțelege legea lui Faraday. Dar pentru o performanță practică mai bună este preferată utilizarea unei bobine pe ambele părți.

Aici, un curent alternativ curge prin bobina primară1, care generează câmpul magnetic variabil în jurul bobinelor conductoare. Și când bobina2 intră în domeniul câmpului magnetic generat de bobină1, atunci se generează o tensiune EMF pe bobină2 din cauza legii Faraday a inducției electromagnetice. Și din cauza acestei tensiuni în bobină2, un curent „I” circulă prin circuitul secundar închis.

Acum trebuie să vă amintiți că ambele bobine sunt suspendate în aer, astfel încât mediul de conducere utilizat de câmpul magnetic este aerul. Și aerul are o rezistență mai mare în comparație cu metalele în cazul conducerii câmpului magnetic, deci dacă folosim un miez metalic sau de ferită pentru a acționa ca mediu pentru câmpul electromagnetic, atunci putem experimenta inducția electromagnetică mai bine.

Așadar, acum să înlocuim mediul de aer cu mediul de fier pentru înțelegere ulterioară.

După cum se arată în figură, putem folosi miez de fier sau ferită pentru a reduce pierderea de flux magnetic în timpul transmiterii puterii de la o bobină la alta. În acest timp, fluxul magnetic scurs în atmosferă va fi considerabil mai mic decât timpul în care am folosit mediul de aer, deoarece un miez este un foarte bun conductor al câmpului magnetic.

Odată ce câmpul este generat de coil1, acesta va curge prin miezul de fier ajungând la bobină2 și, din cauza legii din zilele noastre, bobina2 generează un CEM care va fi citit de galvanometrul conectat la bobină2.

Acum, dacă observați cu atenție, veți găsi această configurație similară cu un transformator monofazat. Și da, fiecare transformator prezent astăzi funcționează pe același principiu.

Să analizăm acum construcția simplificată a transformatorului trifazat.

Transformator trifazat

Scheletul transformatorului este proiectat prin montarea foilor de metal laminate care sunt utilizate pentru transportul fluxului magnetic. În diagramă, puteți vedea scheletul este vopsit în gri. Scheletul are trei coloane pe care sunt înfășurate înfășurări de trei faze.
Înfășurarea cu tensiune mai mică este înfășurată mai întâi și este înfășurată mai aproape de miez, în timp ce înfășurarea cu tensiune mai mare este înfășurată deasupra înfășurării cu tensiune mai mică. Nu uitați, ambele înfășurări sunt separate de un strat de izolație.
Aici fiecare coloană reprezintă o fază, deci pentru trei coloane avem înfășurare trifazată.
Această întreagă configurație de schelet și înfășurare este scufundată într-un rezervor etanș umplut cu ulei industrial pentru o mai bună conductivitate termică și izolare.
După înfășurare, terminalele de capăt ale tuturor celor șase bobine au fost scoase din rezervorul etanș printr-un izolator de înaltă tensiune.
Terminalele sunt fixate la o distanță echitabilă unul de celălalt pentru a evita salturile cu scânteie.

Caracteristici ale transformatorului de putere

Putere nominală	3 MVA până la 200 MVA
Tensiunile primare de obicei	11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 kV
Tensiunile secundare de obicei	3.3, 6.6, 11, 33, 66, 132 kV sau specificații personalizate
Etape	Transformatoare monofazate sau trifazate
Frecvența nominală	50 sau 60 Hz
Atingând	Schimbătoare de robinet sub încărcare sau descărcare
Creșterea temperaturii	60 / 65C sau specificații personalizate
Tipul de răcire	ONAN (ulei natural aer natural) sau alte tipuri de răcire precum KNAN (max 33kV) la cerere
Radiatoare	Panouri radiatoare de răcire montate pe rezervor
Grupuri de vectori	Dyn11 sau orice alt grup de vectori conform IEC 60076
Reglarea tensiunii	Prin schimbător de robinet sub sarcină (cu releu AVR ca standard)
Terminalele HV și LV	Tip cutie de cablu de aer (33kV max) sau bucșe deschise
Instalatii	Interior sau exterior
Nivel sonor	Conform ENATS 35 sau NEMA TR1

Aplicații de transfer de energie

Transformatorul de putere este utilizat în principal în generarea de energie electrică și în stațiile de distribuție.
Este, de asemenea, utilizat în transformatoare de izolare, transformatoare de împământare, transformatoare cu șase impulsuri și douăsprezece impulsuri, transformatoare solare fotovoltaice, transformatoare de parc eolian și în starterul autotransformator Korndörfer.
Este utilizat pentru reducerea pierderilor de putere în timpul transmisiei de energie electrică.
Este utilizat pentru creșterea tensiunii și descreșterea tensiunii.
Este preferat în cazurile de consum la distanță.
Și preferat în cazurile în care sarcina rulează la capacitate maximă 24x7.