Transformatorer brukt i miner (med diagram)

Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om typer og vedlikehold av transformatorer som brukes i gruver.

Transformers:

Transformatorer brukes mye i gruver, både på overflaten og undergrunnen. For å holde spenningsfallet til en lav verdi uten å bruke store kabler, blir strømmen fordelt på 3 300 volt eller 6 600 volt.

Denne spenningen, mens den er ideell til distribusjon, er for høy til bruk på kullmaskiner eller mindre maskiner andre steder under jorden, slik at transformatorer brukes til å transformere disse høyspenningene til 550 volt eller 1100 volt.

Den vanligste spenningen i gruver er 550 volt. Boreplater og belysningspaneler inneholder også transformatorer for å oppnå de nødvendige lavere spenningene fra mediumspenningsforsyningen. Disse transformatorene kalles stegetransformatorer.

I gruvene er ikke transformatorene i det hele tatt brukt til felles formål. En transformator er faktisk en anordning for å oppnå vekselstrømtilførsel av en nødvendig spenning fra en vekselstrøm av en annen spenning.

Transformatorer er av to typer:

(a) Enfasetransformatorer og

(b) polyfase transformatorer.

(a) Enfasetransformatorer:

Enfasetransformator består av to spoler, helt isolert fra et annet sår til en laminert, myk jern silikonekvalitetskjerne. Tilførselen er koblet til en vikling, kjent som den primære, og utgangen tas fra den andre, kjent som sekundær.

Sekundærviklingen blir vanligvis viklet over den laminerte kjerne, men spolene er tilstrekkelig isolert fra den laminerte kjerne. Den primære viklingen vikles over sekundærviklingen. En tilstrekkelig isolerende sylinder er anordnet mellom primær og sekundær vikling.

I figur 12.1 er den elektriske representasjonen av enfasetransformator vist:

(b) Poly-fase transformatorer:

En transformator som har til hensikt å endre spenningen til en forsyning med mer enn en fase, må være utstyrt med en primær vikling og en sekundær vikling for hver fase. En transformator for en trefasetilførsel har en kjernestruktur som ligner den som er vist i figur 12.2. En primær vikling er viklet med den tilsvarende sekundære viklingen, på hver arm av kjernen.

I en polyfase-transformator er alle primære viklinger koblet sammen for å fullføre primærkretsen, og på samme måte er alle sekundære viklinger koblet til å fullføre sekundærkretsen. Vindlingene i en trefasetransformator kan enten være forbundet i stjerne eller delta.

Prinsippet om transformatoren er basert på det grunnleggende prinsippet om kontinuerlig gjensidig induksjon. Når en vekselstrøm forsynes med primærvikling av en transformator (sekundær gjenværende sammenkoblet), strømmer en strøm i primærkretsen.

Viklingen har en meget høy induktiv impedans, slik at strømmen som strømmer er svært liten. Siden viklingen har lav motstand sammenlignet med denne induktansen, ligger strømmen nesten 90 ° bak den påførte spenningen. Denne lagringsstrømmen kalles magnetiseringsstrømmen, siden funksjonen er å skape et kontinuerlig magnetfelt.

Den sekundære viklingen av transformatoren ligger innenfor dette magnetfeltet, slik at en alternerende emf blir indusert i den. Den induserte emf lagrer 90 ° bak magnetiseringsstrømmen som fremkaller den. Derfor lagrer denne emf 180 ° bak primærspenningen, dvs. sekundærspenningen er i antifase med primærspenningen. Fig. 12.3 forklarer dette.

Uansett spenning på primærviklingen av en transformator som indusert i sekundæret er proporsjonal med den, er det faktiske forholdet mellom dem, avhengig av transformatorens utforming.

I en enkeltfasetransformator er forholdet mellom primær og sekundær spenning det samme som forholdet mellom antall svinger i primærviklingen og antall svinger i sekundærviklingen. Forholdet uttrykkes av formelen

Alle trinn nedtransformatorer har derfor færre svinger i sekundærviklingen enn i primærviklingen. Omvendt har opptrinnstransformatorer flere svinger i sekundærviklingen enn i primærviklingen. Hvis for eksempel primærviklingen har 50 svinger, og sekundæret har 100 svinger, vil utgangsspenningen være to ganger innspenningen.

Transformatoren vil da bli beskrevet som en 2: 1 oppstartstransformator. På samme måte, hvis primæren har 200 svinger og sekundæret har 100, vil utgangsspenningen være halv innspenning, noe som gir en 2: 1 trinn ned transformator.

Et tilsvarende forhold holder mellom inngangs- og utgangsspenningen til trefasetransformatorer, forutsatt at begge settene av viklinger er koblet på samme måte, dvs. forutsatt at begge er forbundet i stjerne eller begge er koblet i delta som vist i figur 12.4.

Hvis de to viklingssettene er koblet annerledes, holder forholdet mellom spenningene i tilsvarende viklinger, men forholdet mellom inngangs- og utgangsterminaler er forskjellig som vist i figur 12.4.

Men i en ideell transformator er det sikret at hele flommen generert av den alternerende emf i primæren, knytter alle svingene i sekundærviklingen. Faktisk, i praktisk bruk, er det en lekkasje-koeffisient som skal vurderes. Men det etablerte forholdet mellom spenning og flux utviklet er

Transformator Likestilling:

La oss nå se en kort titt på den faktiske ekvivalente kretsen til en transformator som har X 1 og R 1 som den primære reaktansen og motstanden, og X 2 og R2 som den sekundære reaktansen og motstanden. Fig. 12.4 viser en forenklet ekvivalent krets med motstand R, og reaktans X, referert til den primære. Verdiene av R og X er gitt som

Fra kortslutningstesten (som betyr å sende en fulllaststrøm gjennom transformatoren med enten den primære eller sekundære kortslutte) kan verdiene for R og X bestemmes. Faktisk, på grunn av kortslutning av en av viklingene, vil det være nødvendig med redusert spenning. Denne spenningen kalles også impedansspenningen.

Nå når transformatoren er lastet, vil det bli spenningsfall på grunn av motstand av primære og sekundære viklinger, og også på grunn av magnetisk lekkasjefluss, som faktisk øker med økt belastning. Faktisk øker reguleringen med økning av belastning fra ovenstående begrunnelse.

Nåværende transformator:

En strømtransformator er en type transformator designet for å gi en spenningsutgang proporsjonal med strømmen som strømmer i primærviklingen. Primæren til en slik transformator vil bli koblet i serie med en belastning i en strømkrets, for eksempel en motor, og den sekundære utgang som brukes til bruk i overbelastningsbeskyttelsessystem.

Strømmen som strømmer i primæret, bestemmes derfor av lasten som tilføres, og strømkretsen er praktisk talt upåvirket av den forholdsvis små mengden strøm som transformatoren tar.

Den primære av en strømtransformator består vanligvis av en eller to svinger som er dannet av en tung kobberleder. Sekundærviklingen har vanligvis et veldig stort antall sving og begge viklinger dannes på en laminerkjerne.

Noen nåværende transformatorer består av en sekundær vikling som klemmes over isolasjonen av en enkelt kjerne. Magnetfeltet produsert av strøm som strømmer gjennom sentrum av kjernen er tilstrekkelig til å indusere en utgang i sekundæret.

Strømtransformatoren fungerer på samme prinsipp som den vanlige spenningstransformatoren, men prinsippet påføres på en annen måte. Siden spenningen og frekvensen til forsyningen til kretsen som helhet er konstant, varierer strømmen bare hvis totalimpedansen til kretsen varierer.

Hvis strømmen øker, har den totale impedansen blitt redusert, og impedansen til transformatoren primært, selv om den er svært liten, representerer en større andel av kretsens totale impedans. Den potensielle forskjellen over primæren er derfor økt og spenningen i sekundærutgangen økes proporsjonalt. Systemet er forklart i figur 12.5 for enkel referanse og realisering.

Auto Transformer:

En automatisk transformator opererer på et prinsipp som ligner en vanlig transformator, men har bare en vikling, som er vanlig for primær og sekundær krets som vist i figur 12.6. Den er generelt utformet som en nedtrappetransformator med en relativt liten forskjell mellom primær og sekundær spenning.

Den eneste bruken i collieries er å starte vekselstrømsmotorer. Det brukes aldri til å gi kontinuerlig tilførsel til lavspennings krets, fordi det er fare for at hele primærspenningen i tilfelle feilkoplet kan påføres sekundærkretsen.

Underground Transformer:

I tidligere dager var alle kraft transformatorer brukt under jorden av oljefylt type, fra 75 KVA til ca. 250 KVA, men disse blir nå erstattet av flameproof sertifiserte, tørre transformatorer som strekker seg fra 300 KVA til 750 KVA.

Nesten alle kullsyreutstyr får forsyning fra disse flameprooftransformatorene som brukes til å levere egensikre kretser som signalkretser. De er spesielt konstruert med en jordet skjerm mellom primære og sekundære viklinger, for å sikre at primærspenningen ikke kan kobles til sekundærkrets, selv om det er fullstendig isolasjonsfeil.

Oljefylte transformatorer:

Transformatorer designet for å passere kraftige belastninger fylles vanligvis med en isolerende olje slik at alle viklinger og kjerne er nedsenket. Oljen forhindrer fuktighet, (som i stor grad reduserer den dielektriske styrken til luftisolering) og opprettholder dermed en høyere isolasjonsmotstand mellom viklingene og mellom de levende delene og jorda.

Oljen hjelper også med å kjøle transformatoren. Sterke elektriske strømninger som strømmer gjennom viklingene forårsaker en betydelig temperaturstigning. Når den omkringliggende oljen blir oppvarmet, settes konvekststrømmer opp i oljen, som bidrar til å føre varmen bort fra viklingene.

Noen transformatorer er konstruert med kjølerør som rager ut fra sidene av saken eller tanken. Olje som sirkulerer gjennom rørene blir raskere avkjølt, slik at kjøling av transformatoren er mer effektiv. Større oljefylte transformatorer er utstyrt med pust, slik at luften kan passere inn og ut når oljen utvides eller kontrakterer når den er oppvarmet eller avkjølt.

En pust vil normalt inneholde en fuktabsorberende kjemikalie som silikagel for å hindre at fuktighet trekkes inn og forurenser oljen. Silikageler, når de er tørre, vil være av blå farge, og når fuktet endres fargen til rosa.

Flamme-bevis, luftkjølte transformatorer:

Med introduksjonen av kullmonteringsmekanisering økte antallet og størrelsen på kullbanemaskiner enormt, og det ble nødvendig å ha større transformatorer installert nær kullbanen for å holde spenningsfallet mellom transformatoren og motoren til et minimum.

Disse transformatorene er av typen tørr, dvs. tanken er full av luft. Tankene er av sveisede stålkonstruksjoner og er sertifisert flameproof. HV-bryteren som styrer transformatoren, er også flammesikker og er montert på transformatoren.

Det er et flammekrok kammer på LV og på transformatoren som huser jordlekkasje og kortslutningsbeskyttelsesutstyr. Hvis jordbeskyttelsessystemet eller kortslutningsbeskyttelsessystemet registrerer feilen på den utgående LV-kretsen, går den automatisk ut av HV-bryteren. HV-bryteren gir også overbelastnings- og jordfeilbeskyttelse for transformatorer.

Strøm i transformator:

Hvis sekundærviklingen er koblet til en krets med en belastning, vil den induserte spenningen drive en strøm gjennom lasten. Den sekundære transformatoren forsyner derfor strøm til sin krets. Strømmen som leveres av den sekundære kan bare avledes fra forsyningskilden i primærkretsen. Så snart strøm strømmer i sekundær krets, strømmer en tilsvarende strøm i primæren.

Strøm overføres fra primærkretsen til sekundærkretsen ved hjelp av det stadig skiftende magnetfeltet som forbinder de to. Den laminerte kjerne intensiverte feltet og viklingen av viklingen gjør koblingen så nær som mulig. I en velfungerende transformator, blir meget lite strøm spredt i selve transformatoren.

Strømmen som er tatt ut av transformatoren ved sekundærkretsen, er derfor nesten den samme som strømmen tatt av transformatoren fra primærkretsen. I kraft går strømmen fra den primære forsyningskilden gjennom transformatoren til apparatet som bruker den. Effekten av transformatoren er bare å endre spenningen ved hvilken strømmen leveres.

Kraften som overføres av en krets, bestemmes både av spenningen som påføres den og strømmen strømmer inn i den. Siden strømmen som tas av den sekundære kretsen er lik kraften som leveres av primærkretsen, er strømmen som kreves for å overføre en gitt mengde strøm i de to kretsene, avhengig av spenningene ved hvilke kretsen opererer.

Forholdet mellom primær- og sekundærstrømmen er derfor den inverse av forholdet mellom spenningene. Magnetiseringsstrømmen er "så liten i forhold til kraftoverføringsstrømmene at det for de fleste formål, kan dens effekter bli ignorert.

Selv om viklingene til transformatoren er svært induktive, vil strømmen som strømmer inn i dem når transformatoren er på last, ikke nødvendigvis sakte seg etter spenningen. Hvis for eksempel belastningen i sekundærkretsen var kapasitiv, vil strømmen i de to kretsene føre til spenninger.

Primære og sekundære strømmer, som primære og sekundære spenninger, er i antifase. Eventuell ryggemf indusert i sekundærviklingen av sekundærstrømmen blir kansellert av fremadrettede emf indbyrdes inducert i den viklingen av primærstrømmen. På samme måte blir enhver tilbake emf indusert i den primære viklingen avbrutt av fremad emf som er indusert av sekundærstrømmen.

Hvis imidlertid den sekundære lasten har en treg eller ledende effektfaktor, blir denne effektfaktoren ført tilbake fra sekundærkretsen til primæren. Primære og sekundære strømmer forblir i antifase, og hver lagrer eller leder spenningen med samme mengde.

Det er viktig å merke seg at magnetiseringsstrømmen i primærkretsen, som er en induktiv strøm, har en liten effekt ved at det medfører at den totale primærstrømmen senker litt i forhold til sekundærstrømmen. Transformatorer bidrar derfor til den slanke effektfaktoren i et gropssystem, men effekten av en transformator på effektfaktoren er ganske liten sammenlignet med effekten av induksjonsmotor den tilfører.

Transformer vedlikehold:

I motsetning til motorer, siden transformatorene ikke har bevegelige deler, krever de svært lite vedlikehold, hvis de er ordentlig tilpasset belastningsapplikasjonen, og forsynings- og kontrollsystemet er effektivt. Imidlertid er hovedoppgaver involvert i vedlikehold av transformatorene beskrevet nedenfor.

Vedlikeholdsplanen for hver transformator som gir inspeksjonsfrekvensen, og kontrollene som skal foretas ved hver anledning, vil bli fastsatt av den elektriske ingeniøren, og dette må følges nøye.

1. Generelt:

Kontroller forsiktig transformatoren fra tid til annen for å sikre at forbindelsene, viklingene og kjernen er i god stand. Saken av en flammeprofil transformator må kontrolleres for sprekker, og vedlikehold av korrekte felleshull.

2.Temperature:

Legg inn temperaturen på viklinger for å sikre at transformatoren ikke overopphetes. Temperaturkontrollen er mer pålitelig hvis den utføres etter at transformatoren har vært på full belastning i en periode på flere timer.

Overoppheting er mest sannsynlig forårsaket av elektrisk overbelastning, men det kan også skyldes mangel på isolasjonen mellom kaminens laminering eller, i en oljefylt transformator, ved forringelse av oljen eller svikt i isolasjon mellom lag eller svingene på transformatorviklingen.

3. Isolasjon:

Kontroller isolasjonen regelmessig for å sikre at den ikke har forverret seg fysisk, for eksempel at den ikke har blitt sprø. Mål isolasjonsmotstanden mellom primær og sekundær vikling, og mellom hver vikling og jord, med en egnet tester.

For å teste isolasjonsmotstanden til sekundærviklingen til jord, er det nødvendig å fjerne jordlederlengden til det nøytrale punktet, hvis det er en. Det er viktig å sikre at jordforbindelsen erstattes etter testen.

4. Svingende motstand:

Mål motstanden til viklingene med en bro og sammenlign lesingene fra tid til annen med verdiene som er angitt i beskrivelsen. En markert avvik fra forventet og spesifisert verdi, spesielt hvis den forekommer i en fase av en vikling, indikerer en feil, f.eks. Kortslutning mellom svinger.

5. Oljenivå:

Merk oljenivået og tilsett fersk olje om nødvendig for å opprettholde riktig nivå. Saken eller tanken skal inspiseres for mulige oljelekkasjer.

6. Oljekondisjon:

Undersøk oljen for tegn på slede. Slam vil bli sett på som et klebrig depositum på viklingene og sidene eller bunnen av tanken. Dens tilstedeværelse tømmer viklingene og forhindrer oljen i å kjøle dem. Hvis det er funnet slam, må transformatoren dreneres, rengjøres grundig med olje og fylles på med frisk og testet olje.

7. Oljetester:

En gang om året, eller oftere, om nødvendig eller tvilsomt, blir en prøve av olje tatt fra transformatoren og sendt til et laboratorium for testing. Testene er ment å sikre at oljen ikke har absorbert vann, og at det ikke har blitt surt. Tilstedeværelsen av fuktighet i oljen senker dens dielektriske styrke og kan føre til en nedbryting av isolasjonen. Syrer forårsaker korrosjon inne i transformatorviklingen.

8. Åndedrettsvern:

Hvis transformatoren er fylt med en pust, må du merke tilstanden til silikagelen og forny kjemikaliet når det er mettet. Silikagel er vanligvis farget for å indikere dens tilstand, det endres fra blått til rosa da det absorberer fuktighet.