Stromwandler: Gerät, Funktionsprinzip und Typen

Stromwandler werden in der modernen Energie weit verbreitet als Ausrüstung zum Ändern verschiedener elektrischer Parameter in ähnliche Parameter unter Beibehaltung der Grundwerte verwendet. Die Arbeitsweise der Geräte basiert auf dem Induktionsgesetz, das für sinusförmig wechselnde magnetische und elektrische Felder relevant ist. Der Transformator transformiert den Primärwert des Stroms modulkonform und die Winkelübertragung proportional zu den Originaldaten. Es ist erforderlich, die Ausstattung nach dem Nutzungsumfang der Geräte und der Anzahl der angeschlossenen Verbraucher auszuwählen.

Was ist ein Stromwandler?

Diese Geräte werden in der Industrie, in städtischen Kommunikations- und Ingenieurnetzen, in der Produktion und in anderen Bereichen verwendet, um Strom mit bestimmten physikalischen Parametern zu liefern.An die Windungen der Primärwicklung wird Spannung angelegt, wo durch Einwirkung magnetischer Strahlung ein Wechselstrom entsteht. Dieselbe Strahlung durchläuft die verbleibenden Windungen, wodurch sich die EMF-Kräfte bewegen, und wenn die Sekundärwindungen kurzgeschlossen oder an einen Stromkreis angeschlossen werden, tritt im System ein Sekundärstrom auf.

Mit modernen Stromwandlern können Sie Energie mit solchen Parametern umwandeln, dass ihre Verwendung die daran arbeitenden Geräte nicht schädigt. Darüber hinaus ermöglichen sie die Messung erhöhter Lasten bei maximaler Sicherheit für Gerät und Personal, da die Windungen der Primär- und Sekundärreihe zuverlässig voneinander isoliert sind.

Zweck von Transformatoren

Warum ein Stromwandler benötigt wird, ist ganz einfach zu ermitteln: Der Geltungsbereich umfasst alle Branchen, in denen Energiemengen umgewandelt werden. Diese Geräte gehören zu den Hilfsgeräten, die parallel zu Messgeräten und Relais beim Aufbau eines Wechselstromkreises eingesetzt werden. In diesen Fällen wandeln Transformatoren Energie für eine bequemere Dekodierung von Parametern oder zum Verbinden von Geräten mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem Stromkreis um.

Sie unterscheiden auch die Messfunktion von Transformatoren: Sie dienen zum Starten von Stromkreisen mit erhöhter Spannung, an die Messgeräte angeschlossen werden müssen, dies jedoch nicht direkt möglich ist. Die Hauptaufgabe solcher Transformatoren besteht darin, die empfangenen Informationen über die Stromparameter an die Instrumente zur Messung von Manipulationen zu übertragen, die an die Sekundärwicklung angeschlossen sind.Das Gerät ermöglicht auch die Steuerung des Stroms im Stromkreis: Bei Verwendung eines Relais und Erreichen der maximalen Stromparameter wird ein Schutz aktiviert, der das Gerät ausschaltet, um ein Durchbrennen und Personenschäden zu vermeiden.

Arbeitsprinzip

Der Betrieb solcher Geräte basiert auf dem Induktionsgesetz, wonach Spannung in die Primärwindungen eintritt und der Strom den erzeugten Wicklungswiderstand überwindet, wodurch sich ein auf den Magnetkreis übertragener Magnetfluss bildet. Der Fluss verläuft in einer senkrechten Richtung relativ zum Strom, was Verluste minimiert, und wenn er die Windungen der Sekundärwicklung kreuzt, wird die EMF-Kraft aktiviert. Infolge seines Einflusses tritt im System ein Strom auf, der stärker ist als der Widerstand der Spule, während die Spannung am Ausgang der Sekundärwindungen abnimmt.

Der einfachste Aufbau eines Transformators besteht somit aus einem Kern aus Metall und einem nicht miteinander verbundenen Wicklungspaar, das als Draht mit Isolierung ausgeführt ist. In einigen Fällen geht die Last nur auf die Primärwicklung und nicht auf die Sekundärwicklung: Dies ist der sogenannte Leerlaufmodus. Wenn andererseits ein Gerät, das Energie verbraucht, an die Sekundärwicklung angeschlossen wird, fließt ein Strom durch die Windungen, der eine elektromotorische Kraft erzeugt. Die EMK-Parameter werden durch die Anzahl der Windungen bestimmt. Das Verhältnis der elektromotorischen Kraft für die Primär- und Sekundärwindungen wird als Übersetzungsverhältnis bezeichnet, berechnet aus dem Verhältnis ihrer Anzahl. Sie können die Spannung für den Endverbraucher von Energie regulieren, indem Sie die Windungszahl der Primär- oder Sekundärwicklung ändern.

Klassifizierung von Stromwandlern

Es gibt mehrere Arten solcher Geräte, die nach einer Reihe von Kriterien unterteilt sind, darunter Zweck, Installationsmethode, Anzahl der Umwandlungsstufen und andere Faktoren. Bevor Sie einen Stromwandler auswählen, müssen Sie diese Parameter berücksichtigen:

• Geplanter Termin. Nach diesem Kriterium werden Mess-, Zwischen- und Schutzmodelle unterschieden. Daher werden Geräte eines Zwischentyps verwendet, wenn Geräte zum Berechnen von Aktionen in Relaisschutzsystemen und anderen Schaltungen angeschlossen werden. Separat werden Labortransformatoren unterschieden, die eine erhöhte Genauigkeit der Indikatoren bieten und eine große Anzahl von Umrechnungsfaktoren aufweisen.
• Installationsmethode. Es gibt Transformatoren für die Außen- und Inneninstallation: Sie sehen nicht nur unterschiedlich aus, sondern weisen auch unterschiedliche Widerstandsindikatoren gegen äußere Einflüsse auf (z. B. sind Geräte für den Außenbereich vor Niederschlag und Temperaturänderungen geschützt). Es werden auch Overhead- und tragbare Transformatoren unterschieden; Letztere haben eine relativ geringe Masse und Abmessungen.
• Wicklungstyp. Transformatoren sind Single- und Multiturn, Spule, Stab, Sammelschiene. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung können unterschiedlich sein, und die Unterschiede beziehen sich auch auf die Isolierung (trocken, Porzellan, Bakelit, Öl, Compound usw.).
• Die Ebene der Transformationsschritte. Die Ausrüstung kann ein- und zweistufig (Kaskade) sein, die Spannungsgrenze von 1000 V kann minimal oder im Gegenteil maximal sein.
• Entwurf. Nach diesem Kriterium werden zwei Arten von Stromwandlern unterschieden - Öl und Trocken.Im ersten Fall befinden sich die Wicklungswindungen und der Magnetkreis in einem Behälter, der eine spezielle ölige Flüssigkeit enthält: Sie spielt die Rolle der Isolierung und ermöglicht es Ihnen, die Betriebstemperatur des Mediums zu steuern. Im zweiten Fall erfolgt die Kühlung durch Luft, solche Systeme werden in Industrie- und Wohngebäuden eingesetzt, da Öltransformatoren aufgrund erhöhter Brandgefahr nicht im Inneren installiert werden können.
• Spannungstyp. Transformatoren können herunter- und hochtransformiert werden: Im ersten Fall wird die Spannung an den Primärwindungen reduziert und im zweiten Fall erhöht.
• Eine weitere Klassifizierungsmöglichkeit ist die Wahl des Stromwandlers nach Leistung. Dieser Parameter hängt vom Zweck des Geräts, der Anzahl der angeschlossenen Verbraucher und deren Eigenschaften ab.

Parameter und Eigenschaften

Bei der Auswahl solcher Geräte müssen die wichtigsten technischen Parameter berücksichtigt werden, die sich auf den Anwendungsbereich und die Kosten auswirken. Hauptqualitäten:

• Nennlast oder Leistung: Die Auswahl nach diesem Kriterium kann anhand einer Vergleichstabelle der Transformatorkennlinien erfolgen. Der Parameterwert bestimmt andere Stromeigenschaften, da er streng normiert ist und dazu dient, den normalen Betrieb des Geräts in der ausgewählten Genauigkeitsklasse zu bestimmen.
• Nennstrom. Dieser Indikator bestimmt den Zeitraum, in dem das Gerät ohne Überhitzung auf kritische Temperaturen funktionieren kann. In Transformatoranlagen gibt es in der Regel eine solide Reserve in Bezug auf den Erwärmungsgrad, bei einer Überlastung von bis zu 18-20% erfolgt der Betrieb im Normalbetrieb.
• Stromspannung.Der Indikator ist wichtig für die Qualität der Wicklungsisolation und gewährleistet den reibungslosen Betrieb der Geräte.
• Fehler. Dieses Phänomen tritt aufgrund des Einflusses des magnetischen Flusses auf, die Fehlerrate ist die Differenz zwischen den genauen Daten des Primär- und Sekundärstroms. Die Erhöhung des magnetischen Flusses im Transformatorkern trägt zu einer proportionalen Erhöhung des Fehlers bei.
• Das Übersetzungsverhältnis, das das Verhältnis des Stroms in den Primär- und Sekundärwindungen ist. Der tatsächliche Wert des Koeffizienten weicht vom Nennwert um einen Betrag ab, der dem Grad der Verluste bei der Energieumwandlung entspricht.
• Die Grenzvielfachheit, ausgedrückt in Relation zum Primärstrom in Realform zum Nennwert.
• Die Multiplizität des Stroms, der in den Windungen der Sekundärwicklung auftritt.

Die Eckdaten des Stromwandlers werden durch das Ersatzschaltbild bestimmt: Es ermöglicht Ihnen, die Eigenschaften des Geräts in verschiedenen Modi zu untersuchen, von Leerlauf bis Volllast.

Die Hauptanzeigen sind auf dem Gerätekörper in Form einer speziellen Markierung angegeben. Es kann auch Daten über die Methode zum Heben und Montieren von Geräten, Warnhinweise zu erhöhter Spannung an den Sekundärwicklungen (über 350 Volt) und Informationen zum Vorhandensein eines Erdungspads enthalten. Die Kennzeichnung des Energiewandlers erfolgt in Form eines Aufklebers oder mit Farbe.

Mögliche Fehlfunktionen

Wie alle anderen Geräte fallen Transformatoren von Zeit zu Zeit aus und erfordern einen qualifizierten Service mit Diagnose. Bevor Sie das Gerät überprüfen, müssen Sie wissen, was Pannen sind und welche Zeichen ihnen entsprechen:

• Ungleichmäßige Geräusche im Inneren des Gehäuses, Knistern.Dieses Phänomen weist normalerweise auf einen Bruch des Erdungselements, eine Überlappung des Gehäuses durch die Wicklungswindungen oder eine Schwächung des Drucks der für den Magnetkreis verwendeten Bleche hin.
• Zu starke Erwärmung des Gehäuses, Erhöhung der Stromstärke auf der Verbrauchsseite. Das Problem kann durch einen Wicklungskurzschluss aufgrund von Verschleiß oder mechanischer Beschädigung der Isolierschicht verursacht werden, häufige Überlastungen durch einen Kurzschluss.
• Risse in Isolatoren, Gleitentladungen. Sie treten auf, wenn ein Herstellungsfehler vor Inbetriebnahme nicht erkannt wurde, ein Guss von Fremdkörpern und eine Überschneidung zwischen der Eingabe von Phasen mit unterschiedlichen Werten.
• Ölemissionen, bei denen die Membran der Abgasstruktur zerstört wird. Das Problem wird durch einen Grenzflächenkurzschluss aufgrund von Isolationsverschleiß, einem Rückgang des Ölstands, Spannungsabfällen oder dem Auftreten von Überströmen unter der Bedingung eines Durchgangskurzschlusses erklärt.
• Öl tritt aus Dichtungen oder Transformatorabgriffen aus. Die Hauptgründe sind schlechte Schweißqualität der Knoten, schlechte Abdichtung, Zerstörung von Dichtungen oder nicht geläppte Ventilstopfen.
• Einschalten des Gasschutzrelais. Dieses Phänomen tritt auf, wenn sich das Öl zersetzt, was durch einen Wicklungskurzschluss, einen offenen Stromkreis, ein Durchbrennen der Kontakte des Schaltgeräts oder im Falle eines Kurzschlusses zum Transformatorgehäuse auftritt.
• Abschalten des Gasschutzrelais. Das Problem entsteht durch die aktive Zersetzung der öligen Flüssigkeit infolge Grenzflächenschlusses, Überspannung des Innen- oder Außenteils oder durch den sogenannten „Stahlbrand“.
• Ausgelöster Differentialschutz. Diese Fehlfunktion tritt auf, wenn das Einlassgehäuse defekt ist, wenn sich Phasen überschneiden oder in anderen Fällen.

Um die Effizienz der Gerätefunktionalität zu maximieren, ist es notwendig, regelmäßig eine Überprüfung mit einer Wärmebildkamera durchzuführen: Das Gerät ermöglicht die Diagnose einer Abnahme der Kontaktqualität und einer Abnahme der Betriebstemperatur. Während der Überprüfung führen Spezialisten die folgenden Manipulationen durch:

• 1. Messen von Spannung und Strom.
  2. Überprüfen der Last mit einer externen Quelle.
  3. Bestimmung von Parametern im Arbeitsschema.
  4. Berechnung des Transformationsverhältnisses, Vergleich und Analyse von Kennzahlen.

Berechnung des Transformators

Das grundlegende Funktionsprinzip dieses Geräts wird durch die Formel bestimmt U1/U2=n1/n2, deren Elemente wie folgt decodiert werden:

• U1 und U2 sind die Spannungen der Primär- und Sekundärwindungen.
• n1 und n2 - ihre Nummer auf den Wicklungen des Primär- bzw. Sekundärtyps.

Um die Querschnittsfläche des Kerns zu bestimmen, wird eine andere Formel verwendet: S=1,15*√P, bei dem die Leistung in Watt und die Fläche in Quadratzentimetern gemessen wird. Wenn der in der Ausrüstung verwendete Kern die Form des Buchstabens W hat, wird der Querschnittsindex für den mittleren Stab berechnet. Bei der Bestimmung der Windungen in der Wicklung der Primärebene wird die Formel verwendet n=50*U1/S, Während die Komponente 50 nicht unveränderlich ist, wird in Berechnungen zur Verhinderung des Auftretens elektromagnetischer Störungen empfohlen, stattdessen den Wert 60 einzustellen d=0,8*√I, wobei d der Querschnitt des Drahtes und I der Stromstärkeindikator ist; es wird verwendet, um den Kabeldurchmesser zu berechnen.

Die bei den Berechnungen erhaltenen Zahlen werden auf runde Werte angepasst (z. B. wird die geschätzte Leistung von 37,5 W auf 40 aufgerundet). Es darf nur aufgerundet werden.Alle diese Formeln werden verwendet, um Transformatoren auszuwählen, die in einem 220-Volt-Netz betrieben werden; Beim Bau von Hochfrequenzleitungen werden andere Parameter und Berechnungsmethoden verwendet.

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