Transformatorer er det mest genkendelige udstyr i strømsystemer. De er store, karakteristiske, enkle i princippet, men kræver meget vedligeholdelse, hvilket får dem til at virke meget mere omfattende end 'kabler'. På elnetdiagrammet er transformatorer som backbone-knuderne, mens andet udstyr fungerer som deres forbindelser.

Denne artikel vil introducere komponenter, principper, funktioner, klassificering og anvendelsesscenarier for transformere.

1. Sammensætning af en transformer

En transformer består hovedsageligt af en kerne og viklinger.

Kernen tjener som transformatorens magnetiske kredsløbsbane, mens viklingerne er den elektriske kredsløbsdel, der er lavet ved at vikle et vist antal vindinger af emaljebelagt-tråd.

Den, der er tilsluttet strømkilden, kaldes den primære vikling, også kendt som den primære spole. Den, der er forbundet med belastningen, kaldes sekundærviklingen, også kendt som sekundærspolen, eller sekundærsideviklingen.

De grundlæggende former for kernestrukturer er den hjerteformede-kernetype og skaltypen.

• Hjerteformet-kernetransformer

Søjlerne i en transformer af kerne-type er omgivet af viklinger. Kort sagt omkranser viklingerne kernen, hvilket gør strukturen relativt enkel og lettere at samle og isolere, hvorfor transformatorer ofte bruger en kernestruktur af -typen.

• Transformer af skal-type

I en transformer af skal-typen omgiver kernen viklingen. Transformatorer af skal-typen har høj mekanisk styrke og udragende hjørner, men deres fremstillingsproces er kompleks og kræver flere materialer. De bruges normalt kun i transformatorer med lav-spænding, høj-strøm eller strømtransformatorer med lille-kapacitet.

2. Grundlæggende arbejdsprincip for en transformer

En transformer fungerer baseret på princippet om elektromagnetisk induktion.

Når en passende AC-strømforsyning er forbundet til begge ender af primærviklingen under påvirkning af forsyningsspændingen u₁, en vekselstrøm i₀ strømmer gennem primærviklingen og genererer en magnetomotorisk kraft i primærviklingen. Dette exciterer en vekslende magnetisk flux ϕ i kernen. Denne vekslende flux ϕ forbinder både de primære og sekundære viklinger. Ifølge loven om elektromagnetisk induktion, inducerede elektromotoriske kræfter f₁og e₂genereres i henholdsvis de primære og sekundære viklinger. Under påvirkning af den inducerede elektromotoriske kraft e₂, kan den sekundære vikling levere strøm til belastningen og opnå energioverførsel.

Forholdet mellem de inducerede elektromotoriske kræfter i de primære og sekundære viklinger er lig med forholdet mellem antallet af vindinger i de primære og sekundære viklinger. Størrelsen af ​​den inducerede elektromotoriske kraft e₁på primærsiden er tæt på den påførte spænding u₁på primærsiden, mens størrelsen af ​​den inducerede elektromotoriske kraft e₂på sekundærsiden er tæt på udgangsspændingen u₂på den sekundære side.

Derfor, ved blot at ændre antallet af vindinger i den primære eller sekundære vikling en eller to gange, vil udgangsspændingen u₂kan justeres. Dette er det grundlæggende arbejdsprincip for en transformer, som bruger princippet om elektromagnetisk induktion til at konvertere en vekselstrømskilde med et spændingsniveau til en vekselstrømskilde med samme frekvens, men et andet spændingsniveau.

2. Grundlæggende funktioner af en transformer

De grundlæggende funktioner i en transformer inkluderer spændingskonvertering, strømkonvertering, impedanskonvertering, isolation og spændingsregulering.

Spændingstransformation: Transformatorer kan øge eller mindske spændingen af ​​vekselstrøm for at imødekomme forskellige elbehov. For eksempel bruges en step-op-transformer til at øge spændingen fra et kraftværk for at reducere energitab under transmission, mens en step--ned-transformer bruges til at sænke højspændingen til en sikker brugsspænding.

Strømtransformation: Ved at ændre spændingen ændrer en transformer også strømmen tilsvarende. Ifølge loven om bevarelse af strøm, når spændingen stiger, falder strømmen og omvendt. Denne egenskab gør transformere meget vigtige i kraftoverførsel, da de effektivt kan håndtere strømbelastninger.

Impedanstransformation: Transformere kan ændre impedansen af ​​et kredsløb, hvilket gør det mere egnet til forskellige belastningsforhold. Dette er især vigtigt i lydudstyr og andre elektroniske enheder, da det kan forbedre signaltransmissionseffektiviteten.

Isolering: Transformere kan give elektrisk isolering, hvilket beskytter udstyrs og brugeres sikkerhed. Denne isolation kan forhindre højspænding i at beskadige lavspændingsudstyr, hvilket sikrer sikker drift af udstyret.

Spændingsregulering: Visse typer transformere (såsom mættede reaktorer) kan bruges til spændingsregulering, der hjælper med at opretholde spændingsstabilitet og sikrer elsystemets pålidelighed og stabilitet.

4. Klassificering af transformere

4.1 Klassificeret efter kapacitet

• Lille transformer: spænding under 10KV, kapacitet mellem 1 og 500KVA.

• Små og mellemstore-transformatorer: spænding på 35 kV og derunder, kapacitet fra 630 til 6300 kVA.

• Store transformere: spænding på 110 kV og derunder, kapacitet mellem 8000 og 63000 kVA.

4.2 Klassificeret efter brug

• Strømtransformator: Anvendes til forstærkning, nedtrapping, fordeling og sammenkobling i krafttransmissions- og distributionssystemer, eller bruges specifikt som transformere til kraftværker og transformerstationer.

• Instrumenttransformatorer: såsom spændingstransformatorer og strømtransformatorer, der bruges til måleinstrumenter og relæbeskyttelsesanordninger.

• Strømtransformator: bruges til styring af strømforsyning, belysning og indikatorer for generelt mekanisk udstyr.

• Elektronisk transformer: Bruges i elektroniske kredsløb, såsom strømforsyninger i switch-tilstand, lyd-, puls- og impedanstilpasning.

• Testtransformator: i stand til at generere højspænding til at udføre højspændingstests på elektrisk udstyr.-

• Specielle transformere: såsom elektriske ovntransformatorer, ensrettertransformere, spændingsregulerende transformere osv.

4.3 Klassificeret efter antallet af faser af transformerviklinger

• Enfaset-transformator: bruges til enfaset-belastning og tre-transformatorbanker.

• Tre-fasetransformer: Bruges til at øge eller sænke spændingen i trefasesystemer.

4.4 Klassificeret efter transformatorkølemetode

• Tør-transformator: Afkølet ved luftkonvektion, almindeligvis brugt til transformatorer med lille-kapacitet, såsom lokal belysning og elektroniske kredsløb.

• Olie-nedsænket transformer: En transformer, der bruger transformerolie som det isolerende og kølende medium, med kernen og viklingerne helt nedsænket i den isolerende olie.

4.5 Klassificeret efter transformatorviklingsforbindelsestype

• Dobbelt-viklingstransformer: Bruges til at forbinde to spændingsniveauer i strømsystemet.

• Tre-viklingstransformer: Anvendes generelt i regionale understationer i elsystemet til at forbinde tre spændingsniveauer.

• Autotransformer: De primære og sekundære viklinger er kombineret til én, der bruges til at forbinde strømsystemer med forskellige spændinger. Den kan også bruges som en almindelig transformer-op eller ned-.

4.6 Klassificeret efter transformatordriftsfrekvens

• Strømfrekvenstransformer: dens driftsfrekvens er 50Hz eller 60Hz.
• Mellemfrekvenstransformer: dens driftsfrekvens er 400–1000Hz.
• Lydfrekvenstransformer: dens driftsfrekvens er 20Hz–20kHz.

• Supersonic Frequency Transformer: Dens driftsfrekvens er over 20 kHz, generelt ikke over 100 kHz.

• Højfrekvent transformator: En transformer med en driftsfrekvens fra 20 Hz til over 100 kHz.

5. Anvendelsesscenarier for transformere

5.1 Strømsystem

• Kraftværker: Transformatorer bruges til at øge den spænding, der genereres af generatorer til transmission til elnettet, hvilket muliggør langdistancetransmission af elektricitet.

• Understationer: I transformatorstationer konverterer transformatorer høj-elektricitet til lav-lavspænding for at imødekomme behovene for forskelligt elektrisk udstyr. Samtidig kan transformere også udføre funktioner som reaktiv effektkompensation og spændingsjustering, hvilket sikrer en stabil drift af strømsystemet.

• Transmissionsledninger: I transmissionsledninger bruges transformere til at øge spændingen for at reducere energitab og opnå effektiv langdistancetransmission af elektricitet.

5.2 Den civile sektor

• Husholdningselektricitet: Strømtransformatorer konverterer høj-elektricitet til lav-lavspændingselektricitet, der er velegnet til hjemmebrug, hvilket sikrer normalt elforbrug for beboerne.

• Opladning af batterier: Uanset om det er en bærbar computer, telefon eller elektrisk køretøj, kræver disse enheder batterier for at fungere, og opladning af batterierne kræver en transformer. Hovedfunktionen af ​​en transformator er at regulere spænding og forhindre lækstrømme eller overspændingsstrømme i at passere gennem enhederne.

5.3 Kommunikationsfelt

Kommunikationstransformatorer bruges i telefonterminalkredsløb og stamlinjeprodukter til at regulere kvaliteten og tilstanden af ​​kommunikationskredsløb. Derudover er kommunikationstransformatorer meget brugt i kabelmodemmer, netværkskort, hubs, xDSL bredbåndskommunikationsudstyr, switches, fiberoptiske transceivere, routere, indlejrede systemer og VoIP-netværkskommunikationsenheder.

5.4Andre særlige applikationer

• Lydudstyr: Lydtransformatorer bruges almindeligvis til at isolere signaler, der strømmer gennem et kredsløb, og hjælpe med at matche impedansværdierne for kilden og belastningen. De kan også fjerne uønskede eller støjende signaler og filtrere inputsignalet. Disse typer transformere er specielt designet til at håndtere signaler inden for det hørbare område, det vil sige signaler med frekvenser mellem 20Hz og 20kHz.

• Måleinstrumenter: Strømmålere, spændingsmålere og forskellige andre måleværktøjer og enheder bruger typisk transformere til generel drift. For eksempel giver målestrømtransformatorer nødvendig sikkerhed for kredsløbet ved at isolere måleapparatet fra resten af ​​kredsløbet og undertrykke eller nedtrappe store strømme til optimale værdier, før de føres til amperemeteret.

• Ensretter: Ensrettertransformatorer kan konvertere AC til DC med applikationer, herunder motorstyring, minedrift, elektriske ovne, F&U-laboratorier,-højspændings DC-transmission og meget mere.