Różne rodzaje transformatorów i aplikacji

 

Funkcje podstawowe

Konwersja napięcia:Dostosowuje poziomy napięcia w celu dopasowania do różnych systemów siatki lub wymagań urządzenia.

Izolacja elektryczna:Zapobiega propagowaniu błędów między obwodami pierwotnymi i wtórnymi, zwiększając bezpieczeństwo.

Wydajność transmisji:Transmisja wysokiego napięcia zmniejsza utratę prądu i energii, poprawia ogólną wydajność.

 

 Klasyfikacja według poziomu napięcia

1. Transformatory mocy

Klasyfikacja według celu i funkcji

 

1. Transformatory mocy

Definicja:Używane w sieciach energetycznych do zwiększenia napięcia w górę lub w dół (zwykle powyżej 33KV); Wysoka pojemność i zaprojektowana do ciągłego działania.

Zastosowania:Elektrownie, podstacje, linie przesyłowe między producentami, duże strefy przemysłowe.

Zalety:Wysoka wydajność (do 99%), obsługuje wysoki prąd i moc, długą żywotność.

Wady:Bezpośrednie, drogie, złożone systemy chłodzenia.

 

2. Transformatory dystrybucyjne

Definicja:Zejdź w dół napięcia średniego (10–35 kV) do niskiego napięcia (400\/230 V) dla użytkowników końcowych; zazwyczaj<2000kVA.

Zastosowania:Społeczności mieszkalne, budynki biurowe, centra handlowe, szkoły, szpitale.

Zalety:Opłacalny, łatwy w instalacji i utrzymaniu; Nadaje się do użytku na zewnątrz lub montowanym na słupie.

Wady:Niższa wydajność pełnego obciążenia; Utrata energii pod lekkim obciążeniem; Ograniczony zakres napięcia\/pojemności.

 

3. Autotransformery

Definicja:Pierwotna i wtórna część uzwojenia; Napięcie dostosowane za pomocą kranów.

Zastosowania:Uruchomienie silnika, regulacja napięcia, systemy testowania mocy.

Zalety:Kompaktowy, niski koszt, wysoka wydajność.

Wady:Brak izolacji; Niższe bezpieczeństwo, większe ryzyko błędów.

 

4. Transformatory instrumentów

Transformatory napięcia (VTS)

Definicja:Skalę zmniejszając napięcie w celu pomiaru\/ochrony.

Zastosowania:Mierniki napięcia, przekaźniki ochrony, pomiar energii.

Zalety:Wysoka dokładność, izolacja elektryczna od systemów wysokiego napięcia.

Wady:Wtórne nie można zwrócić; wrażliwe na koszty.

 

Prądowe transformatory (CTS)

Definicja:Skalę prąd w celu bezpiecznego pomiaru lub ochrony.

Zastosowania:Prądu mierniki, wykrywanie prądu błędu, systemy ochrony.

Zalety:Dokładny pomiar, izoluje wysokie napięcie od urządzeń o niskim napięciu.

Wady:Wtórne nie mogą być otwarte; Podatny na resztkowy magnetyzm.

 

Ogólne transformatory instrumentów

Definicja:Konwertuj sygnały wysokiego napięcia\/prąd na bezpieczne sygnały niskiego poziomu.

Zastosowania:Podstacje, pomiar, ochrona przekaźnika.

Zalety:Bezpieczny pomiar, wysoka dokładność, standaryzacja.

Wady:Wrażliwy na impedancję i nasycenie; wymaga kalibracji i poprawnego uziemienia.

 

5. Transformatory izolacyjne

Definicja:Całkowita izolacja między pierwotnym i wtórnym; Często stosunek 1: 1.

Zastosowania:Urządzenia medyczne, centra danych, laboratoria, instrumenty precyzyjne.

Zalety:Zwiększa bezpieczeństwo, zmniejsza zakłócenia w trybie wspólnym i eliminuje pętle naziemne.

Wady:Zwykle nie zmienia napięcia; stosunkowo wysoki koszt; duży ślad.

 

Klasyfikacja przezPojemność

In IEC 60076-6, transformers can be classified by capacity into small, middle, and large transformers. Small mainly refers to transformers without additional radiators/coolers/pipes/corrugated oil tanks. Medium transformers refer to transformers with three-phase capacity ≤100 MVA or single-phase capacity ≤33.3 MVA. Large transformers refer to transformers with three-phase capacity >100 MVA or single-phase capacity >33,3 MVA.

 

Klasyfikacja przez medium chłodzące

Zgodnie z podłożem chłodzącym transformatory można podzielić na transformatory immerowane oleju i transformatory typu suchego. Następnie transformatory typu suchego można podzielić na transformatory typu odlewu żywicy i transformatory impregnowane próżniowo. Transformatory wpisane na ciśnienie próżniowe są zwykle nazywane transformatorami VPI.

Porównanie typu suchego i zanurzonego oleju

 

Cechy	Transformator typu suchego	Transformator immerowany olej
Medium chłodzące	Powietrze lub inne gazy	Olej transformatorowy
Bezpieczeństwo	Wysokie, brak ryzyka pożaru i wybuchu	Niskie, istnieje ryzyko spalania oleju i wybuchu
Konserwacja	Proste, nie trzeba regularnie wymieniać medium chłodzącego	Wymaga regularnej wymiany i konserwacji oleju
Ochrona środowiska	Wysoki, bez zanieczyszczenia dla środowiska	Niskie, istnieje ryzyko wycieku oleju i zanieczyszczenia środowiska
Obszary aplikacji	Budynki wieżowców, metro, szpitale itp.	Podstacje zewnętrzne, parki przemysłowe itp.

 

 

Klasyfikacja według fazy

 

Klasyfikacja według podstawowych materiałów i designu

 

1. Materiał podstawowy

 

Żelazny transformator rdzenia

Definicja: Wykorzystuje laminowane krzemowe arkusze stali jako rdzeń magnetyczny do prowadzenia strumienia magnetycznego. Podstawowa konstrukcja często obejmuje połączenia MITRED lub laminacje okrążenia w celu zmniejszenia niechęci. Grubość krzemowego arkusza stali jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości roboczej (np. 0. 3 mm dla 5 0 Hz, 0,1 mm dla 400 Hz).

Zastosowania: Transmisja zasilania (systemy 50\/60 Hz), zasilacze z częstotliwości linii, duża idealna kontrola silnika dla systemów elektrycznych o dużej mocy.

Zalety: Wysoka wydajność (95–99%), duża moc mocy (do poziomu GVA), niski koszt; Projektowanie laminowane i zoptymalizowane obwody magnetyczne poprawiają wydajność konwersji energii.

Wady: Nieporęczne z powodu laminowanych arkuszy; znaczące straty przy wysokiej częstotliwości (prąd wirowe i histereza); Podatne na wibracje i hałas. Nie nadaje się do działania o wysokiej częstotliwości z powodu zwiększonych strat.

 

Transformator rdzenia ferrytu

Definicja: Wykorzystuje ferryt (ceramiczny materiał magnetyczny) jako rdzeń magnetyczny, odpowiedni do zastosowań o wysokiej częstotliwości. Ferryt Mn-Zn jest optymalny poniżej 1 MHz, podczas gdy ferryt Ni-Zn odpowiada częstotliwościom powyżej 1 MHz. Temperatura curie (80–300 stopni) określa maksymalną temperaturę roboczą.

Zastosowania: Przełączanie zasilaczy (np. Ładowarki telefoniczne), falowniki o wysokiej częstotliwości, obwody RF, elektroniczne stateczniki podlegające kompaktowym, niskim, wysokiej częstotliwości.

Zalety: Wyjątkowo niskie straty o wysokiej częstotliwości (powyżej 1 MHz), zwartą wielkość, silne możliwości antycyaturacji; Materiały dostosowane do określonych pasm częstotliwości zapewniają wysoką wydajność transmisji.

Wady: Ograniczona moc mocy (<10 kW), magnetic permeability varies with temperature, fragile and prone to cracking; performance degrades in high-temperature environments.

 

Transformator rdzeniowy

Definicja: Brakuje rdzenia magnetycznego, polegającym całkowicie na powietrzu lub mediach niemagnetycznych w celu transmisji strumienia magnetycznego. Skuteczne w częstotliwościach mikrofalowych (zakres GHz), takich jak aplikacje RFID, przy użyciu struktur uzwojenia wielowarstwowego lub plastra miodu w celu poprawy sprzężenia.

Zastosowania: Komunikacja RF (strojenie anteny), cewki Tesla, instrumenty pomiarowe o wysokiej częstotliwości, nadprzewodzący sprzęt-idealny dla środowisk o wysokiej częstotliwości lub o wysokiej linii.

Zalety: Brak histerezy lub utraty prądu wirowego, brak nasycenia magnetycznego, wysoka liniowość; Projekt bezzwyczai eliminuje stratę magnetyczną, oferując stabilną wydajność przy wysokich częstotliwościach.

Wady: Low efficiency due to poor magnetic coupling, large size, limited to high-frequency applications (>100 kHz); Nie nadaje się do scenariuszy o niskiej częstotliwości lub o dużej mocy.

 

2. Przez podstawowy projekt

 

Elektromagnetyczny transformator rdzenia

Definicja: Uzwojenia są owinięte wokół centralnej kończyny rdzenia, która jest zwykle typem typu E lub interfejsu użytkownika, powszechnie stosowanego w strukturach transformatorów typu rdzenia, w których strumień magnetyczny pęknie przez zamkniętą ścieżkę magnetyczną.

Zastosowania: Transformatory dystrybucyjne, transformatory energetyczne i ogólny sprzęt przemysłowy\/elektryczny.

Zalety: Dojrzały proces produkcyjny, odpowiedni do standaryzowanej produkcji masowej; Duża przestrzeń izolacyjna pozwala na działanie wysokiego napięcia; Korzystne dla systemów chłodzenia oleju lub powietrza.

Wady: Dłuższy obwód magnetyczny prowadzi do wyższego strumienia upływu, nieco wyższych wibracji i hałasu; stosunkowo większy ślad.

 

Toroidalny transformator rdzenia

Definicja: Używa zamkniętego rdzenia magnetycznego z uzwojeniami wokół niego równomiernie, co pozwala w pełni zamknięta ścieżka strumienia magnetycznego.

Zastosowania: Wysokiej klasy sprzęt audio, urządzenia medyczne, instrumenty precyzyjne, sprzęt laboratoryjny, zasilacze, kompaktowe zasilacze.

Zalety: Wyjątkowo niskie wycieki magnetyczne i zakłócenia elektromagnetyczne; Wysoka wydajność, cicha operacja; Kompaktowa i lekka, elastyczna instalacja.

Wady: Złożony proces uzwojenia, wyższy koszt produkcji; nieodpowiednie do zastosowań o wysokim napięciu; trudne do utrzymania lub wymiany.

 

3. Według struktury podstawowej

Specjalne transformatory

 

1. Transformatory prostowników

Definicja:Dostarcza określone napięcia do jednostek prostowników; Wielokrotne projekty zmniejszają harmoniczne.

Zastosowania:Aluminiowe wytopie, transmisja prądu stałego, moc przyczepności, galwanizacja.

Zalety:Dobrze obsługuje harmoniczne; stabilne wyjście; odpowiedni do rektyfikacji o dużej mocy.

Wady:Wysokie ciepło z powodu harmonicznych; Drogie systemy chłodzenia.

 

2. Transformatory pieca

Definicja:Dostarcza niskie napięcie (10–100 V) i wysoki prąd (do dziesiątek KA) dla pieców przemysłowych.

Zastosowania:Stalowanie, wytapanie metali, przetwarzanie termiczne.

Zalety:Wysokie, regulowane wyjście prądowe; Obsługuje częste zwarcia.

Wady:Niższa wydajność; wysokie zużycie energii; wymaga chłodzenia.

 

3. Testowanie transformatorów

Definicja:Wytwarza wysokie napięcie (do kilkuset kV) do krótkoterminowych badań izolacyjnych.

Zastosowania:Testowanie kablowe, testowanie izolacji, testy akceptacji fabryki.

Zalety:Wysokie wyjście regulowane; Silna pojemność krótkoterminowa.

Wady:Duży rozmiar; ograniczony czas pracy; złożona konserwacja.

 

4. Transformatory spawalnicze

Definicja:Zapewnia niskie napięcie o wysokiej prądowej mocy do spawania łuku; Wykorzystuje bandkę magnetyczną lub reaktancję upływową, aby kształtować moc wyjściową.

Zastosowania:Ręczne spawanie łukowe, spawanie punktowe i place budowy.

Zalety:Stabilne wyjście, odpowiednie do częstego łuku; Wysokie bezpieczeństwo.

Wady:Niski współczynnik mocy; złożona kontrola; wymaga odszkodowania.

 

W tej sekcji przedstawiono klasyfikację transformatorów elektrycznych poprzez wiele wymiarów, w tym poziom napięcia transformatora, cel i funkcję, fazy, materiał rdzenia, konstrukcję rdzenia, strukturę rdzenia i medium chłodzenia. Przedstawiono analizę porównawczą tych kategorii w celu prowadzenia optymalnego wyboru transformatora w oparciu o określone wymagania operacyjne i ograniczenia środowiskowe.