Muuntaja on sähkömagneettinen laite, jota käytetään muuntamaan yhden jännitteen ja taajuuden vaihtovirta eri (tai samansuuruisen) jännitteen ja saman taajuuden vaihtovirraksi.
Sisältö
Muuntajan laite ja toiminta
Yksinkertaisimmassa tapauksessa muuntaja sisältää yhden ensiökäämin kierrosten lukumäärällä W1 ja yksi toissijainen kierrosten lukumäärällä W2. Energia syötetään ensiökäämiin, kuorma on kytketty toisiokäämiin. Energian siirto tapahtuu sähkömagneettisen induktion avulla. Sähkömagneettisen kytkennän parantamiseksi käämit sijoitetaan useimmissa tapauksissa suljetulle sydämelle (magneettinen piiri).
Jos ensiökäämiin syötetään vaihtojännite U1, sitten vaihtovirta I1, joka luo ytimeen samanmuotoisen magneettivuon Ф.Tämä magneettivuo indusoi EMF:n toisiokäämiin. Jos toisiopiiriin on kytketty kuorma, toisiovirta I2.
Toisiokäämin jännite määräytyy kierrosten suhteen W1 ja W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, missä k on muunnossuhde.
Jos k <1, niin U2>U1, ja tällaista muuntajaa kutsutaan step-up. Jos k>1, niin U2<U1, sellaista muuntajaa kutsutaan step down. Koska muuntajan lähtöteho on yhtä suuri kuin syöttöteho (miinus itse muuntajan häviöt), voimme sanoa, että Pout \u003d Pin, U1*Minä1=U2*Minä2 ja minä2= minä1*k=I1*(W1/W2). Siten häviöttömässä muuntajassa tulo- ja lähtöjännitteet ovat suoraan verrannollisia käämikierrosten suhteeseen. Ja virrat ovat kääntäen verrannollisia tähän suhteeseen.
Muuntajassa voi olla useampi kuin yksi toisiokäämi eri suhteilla. Joten muuntajassa, joka syöttää kotitalouksien lamppulaitteita 220 voltin verkosta, voi olla yksi toisiokäämi, esimerkiksi 500 volttia anodipiireihin ja 6 volttia hehkulamppupiireihin. Ensimmäisessä tapauksessa k<1, toisessa - k>1.
Muuntaja toimii vain vaihtojännitteellä - EMF:n esiintymiseksi toisiokäämissä magneettivuon on muututtava.
Muuntajien sydäntyypit
Käytännössä ei käytetä vain ilmoitetun muotoisia ytimiä. Laitteen käyttötarkoituksesta riippuen magneettiset piirit voidaan suorittaa eri tavoin.
Vavan ytimet
Matalataajuisten muuntajien magneettipiirit on valmistettu teräksestä, jolla on selvät magneettiset ominaisuudet.Pyörrevirtojen vähentämiseksi sydänryhmä kootaan erillisistä levyistä, jotka on sähköisesti eristetty toisistaan. Korkeilla taajuuksilla työskentelemiseen käytetään muita materiaaleja, esimerkiksi ferriittejä.
Yllä tarkasteltua ydintä kutsutaan ytimeksi ja se koostuu kahdesta tangosta. Yksivaiheisissa muuntajissa käytetään myös kolmitauisia magneettipiirejä. Niillä on vähemmän magneettista vuotoa ja suurempi hyötysuhde. Tässä tapauksessa sekä ensiö- että toisiokäämit sijaitsevat sydämen keskitangossa.
Kolmivaiheisia muuntajia valmistetaan myös kolmitauisilla ytimillä. Niissä on kunkin vaiheen ensiö- ja toisiokäämit, jotka sijaitsevat kukin omalla sydämellään. Joissakin tapauksissa käytetään viiden sauvan magneettipiirejä. Niiden käämit sijaitsevat täsmälleen samalla tavalla - kumpikin ensiö ja toisio omalla sauvallaan, ja kummallakin puolella olevat kaksi äärimmäistä sauvaa on tarkoitettu vain magneettivuon sulkemiseen tietyissä tiloissa.
panssaroitu
Panssaroidussa ytimessä valmistetaan yksivaiheisia muuntajia - molemmat kelat asetetaan magneettipiirin keskiytimeen. Magneettivuo tällaisessa ytimessä sulkeutuu samalla tavalla kuin kolmiosainen rakenne - sivuseinien läpi. Vuotovirta on tässä tapauksessa hyvin pieni.
Tämän rakenteen etuja ovat koon ja painon lisäys, joka johtuu mahdollisuudesta täyttää sydänikkunan tiheämmin käämityksellä, joten on edullista käyttää panssaroituja ytimiä pienitehoisten muuntajien valmistukseen. Tämä johtaa myös lyhyempään magneettiseen piiriin, mikä vähentää tyhjäkäyntihäviöitä.
Haittapuolena on vaikeampi pääsy käämityksiin tarkistusta ja korjausta varten sekä suurjännitteiden eristyksen valmistuksen monimutkaisuus.
Toroidaalinen
Toroidisissa ytimissä magneettivuo on täysin suljettu sydämen sisällä, eikä magneettivuovuotoa ole käytännössä lainkaan. Mutta tällaisia muuntajia on vaikea käämittää, joten niitä käytetään melko harvoin, esimerkiksi pienitehoisissa säädettävissä automuuntajissa tai suurtaajuisissa laitteissa, joissa melunsieto on tärkeä.
Automaattinen muuntaja
Joissakin tapauksissa on suositeltavaa käyttää sellaisia muuntajia, joissa ei ole vain magneettista yhteyttä käämien välillä, vaan myös sähköinen. Toisin sanoen korotuslaitteissa ensiökäämi on osa toisio-osaa ja alaspäin laitteessa ensiökäämi. Tällaista laitetta kutsutaan autotransformeriksi (AT).
Askeleva automuuntaja ei ole yksinkertainen jännitteenjakaja - magneettinen kytkentä osallistuu myös energian siirtoon toisiopiiriin.
Automuuntajien edut ovat:
- pienemmät tappiot;
- mahdollisuus tasaiseen jännitteen säätelyyn;
- pienemmät paino- ja kokoindikaattorit (automuuntaja on halvempi, sitä on helpompi kuljettaa);
- pienemmät kustannukset pienemmän tarvittavan materiaalimäärän ansiosta.
Haittoja ovat tarve käyttää molempien käämien eristystä, jotka on suunniteltu korkeammalle jännitteelle, sekä galvaanisen eristyksen puute tulon ja lähdön välillä, mikä voi siirtää ilmakehän ilmiöiden vaikutukset ensiöpiiristä toisiopiiriin. Tässä tapauksessa toisiopiirin elementtejä ei voida maadoittaa.Myös AT:n haittana pidetään lisääntyneitä oikosulkuvirtoja. Kolmivaiheisissa automuuntajissa käämit kytketään yleensä tähtiin, jossa on maadoitettu nolla, muut kytkentätavat ovat mahdollisia, mutta liian monimutkaisia ja hankalia. Tämä on myös haitta, joka kaventaa automuuntajien soveltamisalaa.
Muuntajien käyttö
Muuntajien ominaisuutta lisätä tai vähentää jännitettä käytetään laajalti teollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä.
Jännitteen muunnos
Teollisuuden jännitetasolle asetetaan eri vaatimukset eri vaiheissa. Sähkön tuotannossa on kannattamatonta käyttää suurjännitegeneraattoreita useista syistä. Siksi esimerkiksi vesivoimaloissa käytetään generaattoreita 6 ... 35 kV. Sähkön kuljettamiseen tarvitaan päinvastoin korotettu jännite - 110 kV - 1150 kV etäisyydestä riippuen. Lisäksi tämä jännite lasketaan jälleen tasolle 6 ... 10 kV, jaetaan paikallisille sähköasemille, joista se lasketaan 380 (220) volttiin ja tulee loppukuluttajalle. Kotitalous- ja teollisuuslaitteissa se on myös laskettava, yleensä 3 ... 36 volttiin.
Kaikki nämä toiminnot suoritetaan käyttämällä tehomuuntajia. Ne voivat olla kuiva- tai öljypohjaisia. Toisessa tapauksessa käämityksellä varustettu ydin sijoitetaan säiliöön, jossa on öljyä, joka on eristävä ja jäähdyttävä väliaine.
Galvaaninen eristys
Galvaaninen eristys lisää sähkölaitteiden turvallisuutta. Jos laite ei saa virtaa suoraan 220 voltin verkosta, jossa yksi johtimista on kytketty maahan, vaan 220/220 voltin muuntajan kautta, syöttöjännite pysyy samana.Mutta jos samanaikaisesti kosketetaan maata ja piirin toisiovirtaa kuljettavia osia virran kulkua varten, virtaa ei tapahdu, ja sähköiskun vaara on paljon pienempi.
Jännitteen mittaus
Kaikissa sähköasennuksissa on välttämätöntä ohjata jännitetasoa. Jos käytetään 1000 voltin jänniteluokkaa, volttimittarit kytketään suoraan jännitteisiin osiin. Yli 1000 voltin sähköasennuksissa tämä ei toimi - laitteet, jotka kestävät tällaisen jännitteen, osoittautuvat liian isoiksi ja vaarallisiksi eristysvaurion sattuessa. Siksi tällaisissa järjestelmissä volttimittarit on kytketty korkeajännitejohtimiin muuntajien kautta, joilla on kätevä muunnossuhde. Esimerkiksi 10 kV verkoissa käytetään instrumenttimuuntajia 1:100, lähtö on 100 voltin vakiojännite. Jos ensiökäämin jännite muuttuu amplitudissa, se muuttuu samanaikaisesti toisiokäämin. Volttimittarin asteikko on yleensä asteikolla ensiöjännitealueella.
Muuntaja on melko monimutkainen ja kallis elementti tuotannossa ja kunnossapidossa. Nämä laitteet ovat kuitenkin monilla alueilla välttämättömiä, eikä niille ole vaihtoehtoa.
Samanlaisia artikkeleita:
