Laadukas tehomuuntaja Kiinan valmistajalta IEC-standardien kanssa

Mikä on muuntaja?

Muuntaja on sähkölaite, joka käyttää sähkömagneettisen induktion periaatetta muuttamaan vaihtovirran jännitettä, joka yleensä sisältäänousevat ja laskevat muuntajat. Jännitteen asetus- ja alaslaskuprosessissa muuntajat pitävät taajuutensa muuttumattomana muuttamalla ensiö- ja toisiokäämien välistä kierrossuhdetta. Sen ydintoimintamekanismi on, että kun vaihtovirta virtaa ensiökäämin läpi, se synnyttää sydämeen vaihtelevan magneettikentän, joka puolestaan ​​indusoi toisiokäämiin sähkömotorisen voiman, mikä mahdollistaa muuntamisen jännitteen ja virran välillä: jännitteen nostaminen vähentää virtaa, jännitteen laskeminen lisää virtaa ja ihannetapauksessa kokonaisteho pysyy vakiona. Tämä ominaisuus mahdollistaa siirtohäviöiden suuren pienentämisen pitkän matkan tehonsyötössä ja tarjoaa samalla turvallisesti sovitetut jännitteet eri laitteille käyttöpisteessä. Tyypilliset sovellukset vaihtelevat sähköasemien jättiläismuuntajista, sähköpylväissä olevista jakelumuuntajista matkapuhelinlaturien sisällä oleviin pienoismuuntajiin. On kuitenkin syytä huomioida erityisesti semuuntaja toimii vain vaihtovirralla eikä voi muuntaa tasavirtaa.

Mikä on muuntajan toimintaperiaate?

Muuntajan toimintaperiaate perustuu siihensähkömagneettisen induktion laki. Kun vaihtovirta kulkee ensiökäämin läpi, se luo vuorottelevan magneettivuon ytimeen. Tämä vuorotteleva vuo yhdistää samanaikaisesti sekä ensiö- että toisiokäämit ja indusoi sähkömotorisen voiman (EMF) jokaiseen käämiin. Tämän sähkömagneettisen induktion kautta muuntaja siirtää sähköenergiaa ja muuttaa jännitteen, jolloin kahden käämin välillä on vain magneettinen kytkentä eikä suoraa sähköistä yhteyttä.

Jännitteen muunnossuhde on:

U1/U2 = N1/N2 = k

missä U1, U2 ovat ensiö- ja toisiojännitteet, N1, N2 ovat käämien kierrosten lukumäärä ja k on kierrossuhde. Kun toisiossa on enemmän kierroksia kuin ensisijaisessa, muuntajassaastuu ylösjännite; kun siinä on vähemmän kierroksia, seastuu alasjännite.

Rakentaminen ja keskeiset komponentit

Muuntaja koostuu pääasiassa aktiivisesta osasta, kutenydin, käämit, eristys ja johdot, säiliö, jäähdytysjärjestelmä, suojalaitteet ja holkit. Sydän ja käämit, joita kutsutaan myös keleiksi, ovat tärkeimmät komponentit.

1. Ydin (magneettinen piiri)

Sydän tarjoaa magneettisen reitin ja koostuu sydämen jaloista (pystysuorat osat, joihin käämit on asennettu) ja ikeistä (vaakasuorat osat, jotka sulkevat magneettisen reitin). Pyörrevirtahäviöiden ja hystereesihäviöiden vähentämiseksi ydin on tyypillisesti rakennettu pinotustasilikoniteräslaminaatiot, joista jokainen on päällystetty eristävällä lakalla tai oksidikerroksella niiden eristämiseksi toisistaan. Ydinkokoonpanot ovat pääasiassaydintyyppinen(käämit ympäröivät sydämen jalkoja, yleisiä tehomuuntajissa) jakuorityyppinen(ydin ympäröi käämiä, mikä johtaa alhaiseen vuotoon ja korkeaan mekaaniseen lujuuteen, jota käytetään usein tarkkuusinstrumenteissa ja pienissä laitteissa).

2. Käämit (sähköpiiri)

Käämit ovat muuntajan sähköpiiri, joka on jaettuensiökäämi ja toisiokäämi. Ne on valmistettu kupari- tai alumiinilangasta, jossa on erittäin luja eristys. Käämit on yleensä järjestetty samankeskisesti (pienjännitteinen käämi sijoitettu sydämen jalan viereen, suurjännitekäämi kierretty ulkopuolelle). Mitä tulee eristykseen, nykyaikaiset öljyllä upotetut muuntajat käyttävät enimmäkseen anöljy-paperisulkukomposiittieristysjärjestelmäkoostuu puristuslevystä, kaapelipaperista ja muuntajaöljystä. Puristuslevyn paksuus on tyypillisesti 2-5 mm, mikä mahdollistaa luotettavan eristyksen korkeajännitetasoilla.

Yllä oleva kuvailee ydinsähkömagneettista järjestelmää, ja myös seuraavat apujärjestelmät ovat erittäin tärkeitä öljymuuntajille:

Säiliö:Ulkoinen säiliö, jota käytetään rautasydämien, käämien ja muuntajaöljyn täyttöön. Suuren kapasiteetin muuntajat on yleensä varustettu ulkoisilla lämpöpattereilla tai jäähdytysputkilla lämmön haihtumisen parantamiseksi.

Muuntajaöljy:Se toimii sekä eristävänä väliaineena (jolla on parempi eristyskyky kuin ilma) että jäähdytysväliaineena (muuntajan sydämen ja käämin tuottama lämpö siirtyy öljysäiliön seinämään öljyn konvektion kautta). Eri jähmettymispisteiden mukaan muuntajaöljyt jaetaan eri laatuihin, kuten10, 25 ja 45sopeutua erilaisiin ilmasto-olosuhteisiin.

Paisuntasäiliö (Oil Surge Tank):Pääpolttoainesäiliön yläpuolelle asennettu vaakasuora polttoainesäiliö, joka on yhdistetty putkilla. Se erottaa öljyn ilmasta kalvon kautta. Lämpötilan muutosten mukana laajenevan ja supistuvan öljyn ominaisuuksien perusteella se varastoi öljyä korkeammissa lämpötiloissa ja toimittaa öljyä alhaisemmissa lämpötiloissa, mikä vähentää öljyn ja ilman välistä kosketusta ja estää kosteuden imeytymisen ja ikääntymisen.

Holkit:Johda korkea- ja matalajännitejohdot ulos muuntajan kotelon eristetyistä liittimistä; Ne tarjoavat sähköeristyksen ja mekaanisen tuen.

Suojalaitteet:Sisältää käämikytkimet kuormituksella tai ilman kuormaa, Bucherin releet (kaasureleet), räjähdyssuojatut poistoportit (turvapoistoaukot), kuivumishengityssuojaimet (silikonihengityslaitteet), lämpötilan anturielementit ja niihin liittyvät instrumentit. Nämä laitteet voivat yleensä tarjota reaaliaikaisen seurannan ja kattavan suojan.

Muuntajien tyypit

Muuntajat voidaan luokitella alla useisiin näkökohtiin:

1. Hakemuksen mukaan

Tehomuuntajat:Tehomuuntajia käytetään pääasiassa jännitteen muuntamiseen ja voimansiirtoon/jakoon voimajärjestelmissä, ja niiden osuus on yli 80 % kaikista muuntajista.

Jakelumuuntajat:Jakomuuntajilla tarkoitetaan yleensä alle 35 kV (pääasiassa 10 kV/0,4 kV) muuntajia, jotka syöttävät tehoa suoraan loppukäyttäjille.

Erikoismuuntajat:Mukaan lukien testimuuntajat jännitteenkestävyystestaukseen, instrumenttimuuntajat (mukaan lukien jännitemuuntajat, virtamuuntajat mittaukseen ja suojaukseen), tasasuuntausmuuntajat AC-DC:lle, joita käytetään elektrolyysissä, galvanoinnissa, tasavirtakäytössä, uunimuuntajia, kaivosmuuntajia jne.

2. Jäähdytys- ja eristysväliaineen mukaan

Öljyllä upotetut muuntajat:Öljyupotettu muuntajan rautasydän ja käämitys on upotettu kokonaan mineraalieristysöljyyn, jolla on erinomainen lämmönpoisto- ja eristyskyky, korkea hyötysuhde ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Öljyupotettuja muuntajia käytetään laajasti ulkosähköasemilla ja teollisuuspuistoissa, mutta ne edellyttävät tulipalon ja räjähdyksen ehkäisytoimenpiteitä.

Kuivatyyppiset muuntajat:Kuivatyyppisten muuntajien rautasydän ja käämitys eivät ole öljyssä; Ne käyttävät ilma- tai kiinteitä eristemateriaaleja, kuten epoksihartsivalua. Kuivatyyppiset muuntajat ovat palonkestäviä ja vuodattomia, ja ne soveltuvat sisätiloihin, joissa on tiukat palontorjuntamääräykset, kuten korkeisiin rakennuksiin, datakeskuksiin, ostoskeskuksiin ja sairaaloihin.

Kaasueristetyt muuntajat:Kaasueristeiset muuntajat ovat markkinoilla suhteellisen harvinaisia, ja niissä käytetään yleensä synteettisiä kaasuja, kuten SF₆, jäähdytys- ja eristysaineina, jotka soveltuvat erityisiin käyttöolosuhteisiin.

3. Käämien lukumäärän mukaan

Kaksikäämiinen muuntaja:Kaksikäämiiset muuntajat ovat melko yleisiä sähköjärjestelmissä, joissa on yksi korkea(keski)jännitekäämi ja yksi pienjännitekäämi (yksi ensiökäämi ja yksi toisiokäämi).

Kolmikäämimuuntaja:Kolmikäämismuuntajassa on kolme käämiä vaihetta kohti, jotka on kytketty eri jännitetasoille (esim. suurjännitepuoli, keskijännitepuoli, pienjännitepuoli). Tätä muuntajaa käytetään yleisesti sähköasemilla, jotka vaativat useita jännitetasoja.

4. Ydin/käämikokoonpanon mukaan

Ydintyyppinen muuntaja:Core-tyyppisen muuntajan käämi ympäröi rautasydämen jalkoja (raudasydäntä ympäröi käämi). Tällä tuotteella on yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset ja sitä käytetään laajalti sähköjärjestelmissä.

Shell-tyyppinen muuntaja:Kuorityyppisen muuntajan sydän ympäröi käämiä (käämi ympäröi sydäntä). Sillä on nämä ominaisuudet, kuten pieni vuotovirta, korkea mekaaninen lujuus ja kompakti koko, ja sitä käytetään yleisesti tarkkuusinstrumenteissa ja pienissä laitteissa.

5. Vaiheiden lukumäärän mukaan

Yksivaiheiset muuntajat, joita käytetään yksivaihekuormille tai kolmivaiheryhmien ja kolmivaihemuuntajien muodostamiseen.

6. Jännitteensäätömenetelmän mukaan

Off-circuit (off-load) Tap Changer (vaatii virran katkaisun) ja On-load Tap Changer (automaattinen jännitteen säätö kuormitettuna).

7. Sähköliitäntätyypin mukaan

Eristävä (eristys) muuntaja:Erotusmuuntajan ensiökäämi ja toisiokäämi on sähköisesti eristetty toisistaan ​​vain magneettikytkennällä. Tämän tyyppisellä muuntajalla on erittäin korkea turvallisuus, ja sitä käytetään yleisesti lääketieteellisissä laitteissa ja tarkkuusinstrumenteissa estämään sähköiskuja ja sähkömagneettisia häiriöitä.

Automaattinen muuntaja:Ensisijainen ja toisio jakavat osan käämistä, ja niissä on sekä magneettinen kytkentä että suora sähköliitäntä. Kompakti, pieni koko, pienet häviöt, mutta ei eristystä ensisijaisen ja toissijaisen välillä. Käytetään moottorin käynnistämiseen ja jännitteen säätelyyn (esim.

Miten tehomuuntajat luokitellaan?

Nimelliskapasiteetti (Sn, kVA tai MVA):Näennäinen teho, jonka muuntaja voi tuottaa jatkuvasti nimellisjännitteellä ja -virralla. Se on tärkein parametri muuntajan valinnassa. Kiinalaiset kapasiteettiluokat seuraavat R10-sarjaa, kasvaen kertoimella 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA jne.). Kohtuullinen kapasiteettivalinta laskee ensin maksimikomposiittikuormituksen, jonka jälkeen valitaan seuraavaksi suurempi kapasiteetti siten, että kuormituskerroin on noin 60-70 %, mikä varmistaa sekä pitkän aikavälin turvallisen toiminnan että taloudellisuuden.

Nimellisjännite (kV):Ensiöjännite vastaa verkon jännitettä; toisiojännite on tyypillisesti 5 % tai 10 % korkeampi kuin alemman puolen väylän jännite (riippuen impedanssijännitteestä ja kapasiteetista) kompensoimaan linjan jännitehäviötä ja varmistamaan loppukäyttäjän jännitteen laadun.

Oikosulkuimpedanssi (impedanssijännite, Uk%):Ensiöjännitteen prosenttiosuus, joka tarvitaan nimellisvirran kiertämiseen toisiojohdon läpi, kun toisio on oikosuljettu. Se on kriittinen ominaisuus, joka vaikuttaa oikosulkuvirtatasoihin ja jännitteen säätöön.

Kuormittamaton häviö (Po, kW):Muuntajan toisiopuolelta avoimessa tilassa nimellistaajuudella ja nimellisjännitteellä kulutettu pätöteho koostuu pääasiassa sydänhäviöistä (magneettihäviöistä), jotka riippuvat valmistuslaadusta ja piiteräsmateriaalin ominaisuuksista. Jos käytetään korkean suorituskyvyn piiterästä ja kolmiulotteisia kierrettyjä hylsyjä, tyhjäkäyntihäviöitä voidaan vähentää merkittävästi.

Kuormitushäviö (Pk, kW):Toisiopiirin oikosulkussa kulutettu pätöteho ja nimellisvirta kulkee ensiössä. Se koostuu pääasiassa kuparihäviöstä käämeissä ja on verrannollinen kuormituskertoimen neliöön.

Tehokkuus (η):Lähtöteho jaettuna tulon pätöteholla. Suurilla tehomuuntajilla on erittäin korkea hyötysuhde; esimerkiksi 380 MVA/500 kV generaattoriporrasmuuntaja voi saavuttaa η ≥ 99,75 %.

Vektoriryhmä (esim. Dyn11, Yyn0):Osoittaa korkea- ja pienjännitekäämien kytkentätavan (Y -- tähti, D -- kolmio, Z -- siksak) ja niiden vaihesiirron. Se vaikuttaa järjestelmän neutraalin maadoitusmenetelmään ja nollasekvenssin virtapolkuun.

Jäähdytysmenetelmä:Esim. ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF (Oil Natural Air Forced), OFWF (Oil Forced Water Forced). Nelikirjaiminen koodit määrittelevät jäähdytysaineen ja kiertomenetelmän (ON: öljyn luonnollinen kierto; OF: öljyn pakotettu kierto; OD: öljyohjattu pakotettu kierto; AN: luonnollinen ilma; AF: ilma pakotettu; WF: vesikierto).

Kuinka valita sopivat muuntajat?

Sopivaa muuntajaa valittaessa, paitsi nimelliskapasiteetin ja -jännitetason määrittämisessä, tulee ottaa huomioon myös seuraavat tekijät:

Latausominaisuudet:Tyypillisissä teollisuus- ja asuinrakennuksissa käytämme yleensä tavallisia kaksikäämisiä tehomuuntajia. Jos tarvitaan useita jännitetasoja, on valittava kolmikäämimuuntaja ja kunkin käämin nimelliskapasiteetti on jaettava järkevästi. Paikoissa, joissa on tiukat paloturvallisuusvaatimukset, kuten datakeskukset ja korkeat rakennukset, kuivatyyppiset muuntajat tulisi asettaa etusijalle.

Asennusympäristö:Öljyupotetut muuntajat, joissa on palonkestävät väliseinät, ovat yleensä suositeltavia ulkosähköasemille, kun taas kuivatyyppisiä muuntajia tulisi suosia sisäkäyttöön.

Kapasiteettirajoitukset:Sisäasemilla yhden öljyupotetun muuntajan maksimikapasiteetti ei saa ylittää 1250 kVA; Valmissähköasemilla öljymuuntajien maksimiteho saa olla enintään 630 kVA ja kuivamuuntajien kapasiteetti enintään 800 kVA.

Jännitteensäätövaatimukset:Ympäristöissä, joissa on suuria jännitevaihteluita tai säännöllisiä säätöjä, tarvitaan muuntajia, joissa on käämikytkimet; Sovelluksissa, joissa on vakaa jännite, voidaan käyttää muuntajaa, jossa on tyhjäkäyntikäämikytkin.

Energiatehokkuus- ja ympäristövaatimukset:Energiansäästöpolitiikan ansiosta tehokkaista ja energiaa säästävistä muuntajatuotteista on vähitellen tulossa valtavirran valinta. Tällä hetkellä 3D-käärittyjen rautasydämien muuntajien (joissa tyhjäkäyntihäviöt ovat 15–25 % pienemmät kuin perinteisissä laminoiduissa rautasydämissä) ja amorfisten metalliseosten muuntajien markkinaosuus kasvaa vuosi vuodelta.

Erikoissovellukset:Kun jännitteensäätöä tarvitaan, tulee valita automaattimuuntaja; On tarkoituksenmukaisempaa valita eristysmuuntaja, kun sähköturvallisuusvaatimukset ovat korkeammat.