En la operación de transformación y distribución de energía, los transformadores son indispensables, y es muy necesario familiarizarse y dominar los conocimientos básicos comunes sobre los transformadores.
1. ¿Qué es un transformador?
En el circuito de corriente alterna, el dispositivo que aumenta o disminuye el voltaje se llama transformador. El transformador puede convertir cualquier valor de voltaje en el valor de voltaje que necesitamos con la misma frecuencia, para satisfacer los requisitos de transmisión, distribución y uso de la energía eléctrica. Por ejemplo, la electricidad de una central eléctrica tiene un nivel de voltaje bajo, y el voltaje debe aumentarse para ser transportado a una zona de consumo distante. La zona de consumo debe reducir el voltaje a un nivel adecuado para suministrar equipos eléctricos y electricidad diaria.
2. ¿Cómo transforma el voltaje el transformador?
Los transformadores se fabrican basándose en la inducción electromagnética. Consisten en un núcleo de hierro apilado con láminas de acero al silicio (o chapas de silicio) y dos conjuntos de bobinas enrolladas alrededor del núcleo. El núcleo y las bobinas están aislados entre sí sin ninguna conexión eléctrica. La bobina que conecta el transformador y el lado de la fuente de alimentación se llama bobina primaria (o lado primario), y la bobina que conecta el transformador y el equipo eléctrico se llama bobina secundaria (o lado secundario). Cuando la bobina primaria de un transformador se conecta a una fuente de alimentación de CA, se crean líneas de fuerza magnéticas cambiantes en el núcleo.
Dado que la bobina secundaria está enrollada en el mismo núcleo, la línea de fuerza magnética corta la bobina secundaria, y debe generarse una fuerza electromotriz inducida en la bobina secundaria, causando que aparezca un voltaje en ambos extremos de la bobina. Debido a que las líneas del campo magnético son alternas, el voltaje de la bobina secundaria también es alterno. Y la frecuencia es exactamente la misma que la frecuencia de la red eléctrica.
Se ha confirmado teóricamente que la relación de voltaje entre la bobina primaria y la secundaria del transformador está relacionada con la relación de vueltas de la bobina primaria y la secundaria, lo que puede expresarse mediante la siguiente fórmula: voltaje de la bobina primaria / voltaje de la bobina secundaria = vueltas de la bobina primaria / vueltas de la bobina secundaria. Esto explica que cuantas más vueltas, mayor es el voltaje. Por lo tanto, se puede ver que si la bobina secundaria tiene menos vueltas que la primaria, es un transformador reductor. Lo contrario es un transformador elevador.
3. ¿Qué tipos de diseños de transformadores existen?
(1) Según el número de fases, hay transformadores monofásicos y trifásicos.
(2) Según el propósito, hay transformadores de potencia, transformadores de potencia especiales, transformadores reguladores de voltaje, transformadores de medición (transformadores de voltaje, transformadores de corriente), transformadores de baja potencia (para equipos de baja potencia) y transformadores de seguridad.
(3) Según la estructura, hay dos tipos: tipo núcleo y tipo carcasa. Las bobinas pueden ser de doble devanado y multi-devanado, y también existen autotransformadores.
(4) Según el método de enfriamiento, hay transformadores sumergidos en aceite y enfriados por aire.
4. ¿Cuáles son los componentes del transformador?
Los componentes del transformador están compuestos principalmente por núcleos y bobinas, además de tanques, depósitos de expansión, aisladores y cabezales de derivación.
5. ¿Para qué sirve el aceite del transformador?
Las funciones del aceite del transformador son:
(1) Efecto de aislamiento
(2) Disipación de calor
(3) Eliminar el efecto de arco
6. ¿Qué es un autotransformador?
El autotransformador tiene un solo juego de bobinas, y la bobina secundaria se deriva de la bobina primaria. Además de la transmisión por inducción electromagnética, la bobina secundaria también transmite electricidad directamente. Este transformador utiliza menos chapas de acero al silicio y menos alambre de cobre que los transformadores ordinarios, y se emplea frecuentemente para ajustar la tensión.
7. ¿Cómo se ajusta el regulador de voltaje?
La estructura del regulador de voltaje es la misma que la del autotransformador, pero el núcleo de hierro se fabrica en forma toroidal y la bobina se enrolla alrededor de este núcleo toroidal.
La derivación de la bobina secundaria utiliza un contacto deslizante de escobilla que se desplaza de forma anular a lo largo de la superficie de la bobina para lograr una regulación suave del voltaje.
8. ¿Cuál es la relación de corriente entre la bobina primaria y la secundaria en un transformador?
Cuando el transformador opera con carga, el cambio en la corriente de la bobina secundaria provoca un cambio correspondiente en la corriente de la bobina primaria. Según el principio de equilibrio de fuerza magnetomotriz, la corriente en las bobinas primaria y secundaria es inversamente proporcional al número de espiras: el lado con más espiras tiene corriente menor, y el lado con menos espiras tiene corriente mayor. Esto se puede expresar con la siguiente fórmula: corriente de la bobina primaria / corriente de la bobina secundaria = espiras de la bobina secundaria / espiras de la bobina primaria.
9. ¿Qué es la tasa de variación de voltaje de un transformador?
La tasa de variación de voltaje es uno de los principales indicadores de rendimiento de un transformador. Cuando el transformador suministra energía a una carga, el voltaje en el extremo de carga del transformador inevitablemente disminuye. Comparando este valor de voltaje reducido con el valor de voltaje nominal, el porcentaje resultante es la tasa de variación de voltaje, que puede expresarse mediante la fórmula: Tasa de variación de voltaje = [(Voltaje nominal secundario - Voltaje en el terminal de carga) / Voltaje nominal secundario] × 100%. En un transformador de potencia normal conectado a carga nominal, la tasa de variación de voltaje es del 4 al 6%.
10. ¿Cómo garantizar que un transformador tenga una salida de voltaje nominal?
Un voltaje demasiado alto o demasiado bajo afecta el funcionamiento normal y la vida útil del transformador, por lo que es necesario ajustar el voltaje.
El método de regulación de voltaje consiste en sacar varias derivaciones en la bobina primaria y conectarlas a un cabezal de tomas. Este cabezal cambia el número de espiras de la bobina al rotar los contactos. Girando la posición del conmutador de tomas, se puede obtener el valor de voltaje nominal deseado. Es importante señalar que la regulación de voltaje generalmente debe realizarse después de desconectar la carga conectada al transformador.
11. ¿Qué es un transformador pequeño común y dónde se aplica?
Los transformadores pequeños se refieren a transformadores monofásicos con una capacidad inferior a 1 kVA. Se utilizan principalmente como transformadores de potencia para el control de equipos eléctricos, transformadores de alimentación para equipos electrónicos y transformadores para iluminación de seguridad.
12. ¿Cuáles son las pérdidas de un transformador durante su operación y cómo reducirlas?
Las pérdidas en la operación de un transformador incluyen dos partes:
(1) Las causadas por el núcleo. Cuando la bobina está energizada, debido a las líneas de campo magnético alterno, se producen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis en el núcleo de hierro. Estas pérdidas se denominan colectivamente pérdidas en el hierro.
(2) Las causadas por la resistencia propia de las bobinas. Cuando circula corriente a través de la bobina primaria y la secundaria del transformador, se produce una pérdida de potencia. Esta pérdida se denomina pérdida en el cobre.
La suma de las pérdidas en el hierro y las pérdidas en el cobre constituye la pérdida del transformador, y estas pérdidas están relacionadas con la capacidad del transformador, el voltaje y la utilización del equipo. Por lo tanto, al seleccionar un transformador, la capacidad del equipo debe coincidir lo más posible con el uso real para mejorar la tasa de utilización del equipo, y se debe tener cuidado de no operar el transformador en condiciones de carga ligera.
13. ¿Qué es la placa de identificación del transformador? ¿Cuáles son los principales datos técnicos en la placa de identificación?
La placa de identificación del transformador indica el rendimiento, las especificaciones técnicas y los campos de aplicación del transformador, y se utiliza para satisfacer la selección del usuario. Por lo general, los principales datos técnicos a los que hay que prestar atención son:
(1) KVA de capacidad nominal. Es decir, la capacidad de salida del transformador en estado nominal. Por ejemplo, la capacidad nominal de un transformador monofásico = U línea × I línea; la capacidad de un transformador trifásico = U línea × I línea.
(2) Voltaje nominal en voltios. Se indican respectivamente el voltaje en los terminales del devanado primario y el voltaje en los terminales del devanado secundario (cuando no está conectado a la carga). Nótese que el voltaje en los terminales de un transformador trifásico se refiere al valor del voltaje de línea U línea.
(3) Corriente nominal en amperios. Se refiere al valor de la corriente de línea I línea que los devanados primario y secundario permiten que circule de forma prolongada bajo las condiciones de capacidad nominal y elevación de temperatura permitida.
(4) Relación de voltaje. Se refiere a la relación entre el voltaje nominal del devanado primario y el voltaje nominal del devanado secundario.
(5) Método de conexión. Los transformadores monofásicos tienen solo un conjunto de devanados de alta y baja tensión, que solo están disponibles para uso monofásico, mientras que los transformadores trifásicos tienen tipo Y/△. Además de los datos técnicos anteriores, están la frecuencia nominal del transformador, el número de fases, la elevación de temperatura, el porcentaje de impedancia del transformador, etc.
14. ¿Cómo elegir un transformador? ¿Cómo determinar la capacidad razonable del transformador?
En primer lugar, es necesario investigar el voltaje de alimentación del lugar donde se utiliza la electricidad, la carga eléctrica real del usuario y las condiciones del lugar, y luego seleccionar uno por uno según los datos técnicos indicados en la placa de identificación del transformador. Generalmente, se deben considerar de manera integral la capacidad, el voltaje, la corriente y las condiciones ambientales del transformador. Entre ellos, se debe seleccionar la capacidad. La capacidad del transformador debe seleccionarse de acuerdo con la capacidad, naturaleza y tiempo de uso de los equipos eléctricos del usuario para determinar la carga requerida. Durante el funcionamiento normal, la carga de potencia del transformador debe ser aproximadamente del 75-90% de la capacidad nominal del transformador. Durante la operación, si se mide que la carga real del transformador es inferior al 50%, se debe reemplazar por un transformador de menor capacidad. Si la capacidad nominal del transformador es mayor que la capacidad nominal del transformador, se debe reemplazar inmediatamente por un transformador más grande.
Al mismo tiempo, al seleccionar el transformador, el valor de voltaje del devanado primario del transformador se determina según la alimentación de la línea, y el valor de voltaje del devanado secundario se selecciona según los equipos eléctricos. Es mejor elegir una alimentación trifásica de cuatro hilos de baja tensión. Esto puede proporcionar energía de fuerza y energía de iluminación al mismo tiempo.
Para la selección de la corriente, se debe tener en cuenta que la carga pueda satisfacer los requisitos del motor cuando este arranca (porque la corriente de arranque del motor es de 4 a 7 veces mayor que la de la operación en régimen permanente).
15. ¿Por qué el transformador no puede sobrecargarse?
La operación en sobrecarga se refiere al funcionamiento del transformador que excede el valor de corriente especificado en la placa de identificación.
La sobrecarga se divide en sobrecarga normal y sobrecarga por accidente. La primera se refiere al aumento en el consumo de energía del usuario en condiciones normales de suministro eléctrico. A menudo aumenta la temperatura del transformador, promueve el envejecimiento del aislamiento del transformador y reduce su vida útil. Por lo tanto, no se permite la operación del transformador en sobrecarga.
En circunstancias especiales, la operación de sobrecarga del transformador en un corto tiempo no debe exceder el 30% de la carga nominal (en invierno), y no debe exceder el 15% en verano.
16. ¿Qué tipos de pruebas debe realizar el transformador durante su operación?
Para garantizar el funcionamiento normal del transformador, se deben realizar con frecuencia las siguientes pruebas:
(1) Prueba de temperatura. Para determinar si el estado operativo del transformador es normal, la temperatura es muy importante. Las regulaciones estipulan que la temperatura superior del aceite no debe exceder los 85°C (es decir, un aumento de temperatura de 55°C). Generalmente, los transformadores están equipados con dispositivos especiales de medición de temperatura.
(2) Determinación de la carga. Para mejorar la tasa de utilización del transformador y reducir la pérdida de energía eléctrica, durante su operación se debe determinar la capacidad de suministro de energía que el transformador realmente puede soportar. El trabajo de medición generalmente se lleva a cabo durante el período pico de consumo de electricidad en cada temporada, utilizando un amperímetro de pinza para medición directa. El valor de corriente debe ser del 70% al 80% de la corriente nominal del transformador. Si se excede, indica sobrecarga y debe ajustarse inmediatamente.
(3) Medición de voltaje. Las regulaciones requieren que el rango de variación de voltaje esté dentro del ±5% del voltaje nominal. Si se excede este rango, se deben usar tomas (taps) para ajustar y llevar el voltaje al rango especificado. Generalmente, se utiliza un voltímetro para medir el voltaje en los terminales de la bobina secundaria y el voltaje en los terminales del usuario final.
(4) Determinación de la resistencia de aislamiento. Para mantener el transformador en un estado operativo normal, se debe realizar la medición de la resistencia de aislamiento para prevenir el envejecimiento del aislamiento y accidentes. Al medir, se debe intentar detener la operación del transformador y usar un megóhmetro (también conocido como "shaker" o medidor de aislamiento) para medir el valor de resistencia de aislamiento del transformador. Se requiere que la resistencia medida no sea inferior al 70% del valor medido previamente. Al seleccionar el megóhmetro, para la bobina de baja tensión se puede usar un nivel de voltaje de 500 voltios.
17. ¿Qué es la polaridad del transformador? ¿Qué función tiene en el uso práctico?
La polaridad del transformador se utiliza para marcar la relación relativa entre los potenciales de los extremos de la bobina del devanado primario y los extremos de la bobina del devanado secundario en el mismo instante. Debido a que la magnitud y dirección de la fuerza electromotriz cambian en todo momento, en un momento dado, las bobinas primaria y secundaria deben tener dos terminales que sean de alto potencial al mismo tiempo, y dos terminales que sean de bajo potencial al mismo tiempo. Los terminales correspondientes de alto potencial se denominan terminales de la misma polaridad (o terminales homólogos) del transformador. Se puede ver que la polaridad del transformador determina la dirección del devanado de la bobina, y cuando cambia la dirección del devanado, la polaridad también cambia. En la práctica, la polaridad del transformador es la base para la conexión en paralelo de transformadores. Según la polaridad, se pueden combinar para formar diversas configuraciones de voltaje. Si la polaridad se invierte, a menudo se producirá una gran corriente de cortocircuito, que quemará el transformador. Por lo tanto, al usar el transformador, se debe prestar atención a las marcas en la placa de identificación.
18. ¿Cómo determinar la polaridad del transformador?
Cuando la placa de identificación del transformador no es clara o se trata de un transformador antiguo, se puede determinar mediante pruebas. Hay dos métodos:
(1) Método de corriente continua (DC).
Al probar un transformador monofásico, se conecta una pila seca de 1.5 voltios en el lado primario, y luego se conecta un milivoltímetro de corriente continua en el secundario. Cuando se cierra el interruptor K, si la aguja se desvía en la dirección positiva (o se desvía en la dirección negativa cuando se abre el interruptor), indica que el terminal positivo de la batería y el terminal conectado al positivo del milivoltímetro son del mismo polo, o terminales homólogos. Para probar la polaridad y el nivel de transformadores trifásicos, se utiliza principalmente el método de corriente continua.
(2) Método de corriente alterna (AC).
Conecte un par de extremos del mismo nombre del devanado primario y del secundario con cables. Luego, aplique un bajo voltaje de CA entre las bobinas primarias AX para facilitar la medición. Utilice un voltímetro para medir el valor de voltaje V1 entre AX, el valor de voltaje V2 entre XX y el valor de voltaje V3 entre ax. Si el valor de V2 es la diferencia entre los voltajes de V1 y V3, entonces Aa es la terminal de misma polaridad; si el valor de V2 es la suma de los voltajes de V1 y V3, entonces AX es la terminal de misma polaridad. Contenidos en la Inspección de Recorrido del Transformador: Si el sonido del transformador es normal; si hay filtración o fuga de aceite; si la marca y nivel de aceite son normales; si hay gas dentro del relé de gas; si el respirador está completo; si el agente antihumedad ha fallado y cambiado de color; si el sonido interno del transformador es normal; si el cable y la barra conductora están sobrecalentados, desplazados, deformados, etc.
Kingrun Transformer Instrument Co.,Ltd.
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