Transformatorer som används i minor (med diagram)

Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om typerna och underhållet av transformatorer som används i gruvor.

Transformers:

Transformatorer används i stor utsträckning vid gruvor, både på ytan och under jord. För att hålla spänningsfallet till ett lågt värde utan att använda stora kablar distribueras elenheten vid 3 300 volt eller 6 600 volt.

Denna spänning, som är idealisk för distribution, är för hög för användning på kolmaskiner eller mindre maskiner på annat håll under jord, så transformatorer används för att omvandla dessa högspänningar till antingen 550 volt eller 1100 volt.

Den vanligaste spänningen i gruvor är 550 volt. Borrpaneler och belysningspaneler innehåller även transformatorer för att erhålla de nödvändiga lägre spänningarna från medietillförseln. Dessa transformatorer kallas steg-down-transformatorer.

I gruvor används inte stegtransformatorer alls för gemensam användning. En transformator är i själva verket en anordning för att erhålla en växelströmsförsörjning av en erforderlig spänning från en växelström av en annan spänning.

Transformatorer är av två typer:

(a) Enfasstransformatorer och

(b) Poly-fas-transformatorer.

(a) Enfasstransformatorer:

Enfasetransformator består av två spolar, helt isolerade från ett annat sår till en laminerad mjukjärn av silikonkvalitet. Tillförseln är ansluten till en lindning, känd som primärt, och utgången tas från den andra, känd som sekundären.

Sekundärlindningen är vanligtvis lindad över den laminerade kärnan, men spolarna är tillräckligt isolerade från den laminerade kärnan. Den primära lindningen lindas över sekundärlindningen. En tillräcklig isoleringscylinder är anordnad mellan primär- och sekundärlindningen.

I fig 12.1 visas den elektriska representationen av en enfasstransformator:

(b) Poly-fas-transformatorer:

En transformator avsedd att ändra spänningen hos en matning med mer än en fas måste vara utrustad med en primärlindning och en sekundärlindning för varje fas. En transformator för en trefasmatning har en kärnstruktur liknande den som visas i fig 12.2. En primärlindning lindas med motsvarande sekundärlindning, på varje arm i kärnan.

I en poly-fasstransformator är alla primära lindningar sammankopplade för att slutföra primärkretsen, och på samma sätt är alla sekundära lindningar anslutna för att slutföra sekundärkretsen. Vindningarna i en trefasstransformator kan antingen vara anslutna i stjärna eller delta.

Principen för transformatorn är baserad på den grundläggande principen om kontinuerlig ömsesidig induktion. När en växelströmsförsörjning är ansluten till en transformers primära lindning (den sekundära återstående förbunden) strömmar en ström i primärkretsen.

Lindningen har en mycket hög induktiv impedans, så att strömmen som strömmar är väldigt liten. Eftersom lindningen har ett lågt motstånd jämfört med denna induktans ligger strömmen nästan 90 ° bakom den applicerade spänningen. Denna förslagsström kallas magnetiseringsströmmen, eftersom dess funktion är att skapa ett ständigt föränderligt magnetfält.

Transformers sekundära lindning ligger inom detta magnetfält, så att en alternerande emf induceras i den. Den inducerade emf sitter 90 ° bakom magnetiseringsströmmen som inducerar den. Därför lagras denna emf 180 ° bakom primärspänningen, dvs sekundärspänningen är i antifas med primärspänningen. Fig 12.3 förklarar detta.

Vilken spänning som helst appliceras på den primära lindningen hos en transformator som induceras i sekundäret är proportionell mot den, är det faktiska förhållandet mellan dem beroende på transformatorns konstruktion.

I en enfasetransformator är förhållandet mellan primär- och sekundärspänningarna detsamma som förhållandet mellan antalet varv i primärlindningen och antalet varv i sekundärlindningen. Förhållandet uttrycks av formeln

Alla nedgångstransformatorer har därför färre varv i sekundärlindningen än i primärlindningen. Omvänt har uppstartstransformatorer fler varv i sekundärlindningen än i primärlindningen. Om exempelvis primärlindningen har 50 varv, och sekundären har 100 varv, kommer utspänningen att vara dubbelt så stor som ingångsspänningen.

Transformatorn skulle då beskrivas som en 2: 1 steg-up-transformator. På liknande sätt, om primären har 200 varv och sekundären har 100, kommer utspänningen att vara halva ingångsspänningen, vilket ger en 2: 1 steg-down-transformator.

Ett liknande förhållande håller mellan inmatnings- och utgångsspänningen hos trefastransformatorer, förutsatt att båda uppsättningarna av lindningar är anslutna på samma sätt, dvs förutsatt att båda är anslutna i stjärnan eller båda är anslutna i delta som visas i fig 12.4.

Om de båda uppsättningarna av lindningen är anslutna annorlunda håller förhållandet mellan spänningarna i motsvarande lindningar, men förhållandet mellan ingångs- och utgångsterminalerna är annorlunda såsom visas i fig 12.4.

Men i en idealisk transformator är det säker på att hela flödet som alstras av den alternerande emf i primären, kopplar alla varv i sekundärlindningen. I praktiken är det en läckekoefficient som ska beaktas. Men den etablerade relationen mellan spänning och det utvecklade flödet är

Transformator ekvivalent krets:

Låt oss nu få en kort titt på den ekvivalenta kretsen av en transformator som har X ₁ och R ₁ som primär reaktans och motstånd, och X ₂ och R2 som sekundär reaktans och resistans. Fig. 12.4 visar en förenklad ekvivalent krets med resistans R och reaktans X, hänvisad till primärt. Värdena för R och X anges som

Från kortslutningstestet (vilket innebär att en fullströmsström passerar genom transformatorn med antingen den primära eller sekundära kortslutningen) kan värdena R och X bestämmas. Faktum är att en minskad spänning kommer att krävas på grund av kortslutning av någon av lindningarna. Denna spänning kallas också impedansspänningen.

Nu när transformatorn är laddad kommer det att bli en spänningsfall på grund av resistans hos primär- och sekundärlindningarna och också på grund av magnetiskt läckageflöde vilket faktiskt ökar med ökad belastning. I själva verket ökar förordningen med ökningen av belastningen från ovanstående resonemang.

Strömtransformator:

En strömtransformator är en typ av transformator utformad för att ge en spänningsutgång proportionell mot strömmen som strömmar i primärlindningen. Den primära av en sådan transformator skulle vara ansluten i serie med en belastning i en strömkrets, såsom en motor, och den sekundära utgången som användes för användning i överbelastningsskyddssystem.

Strömmen som strömmar i primärn bestäms därför av den belastning som matas, och effektkretsen är praktiskt taget opåverkad av den förhållandevis små mängden ström som transformatorn tar.

Den primära av en strömtransformator består vanligtvis av en eller två varv som är bildade av en tung kopparledare. Sekundärlindningen har vanligen ett mycket stort antal varv och båda lindningarna formas på en laminerkärna.

Vissa strömtransformatorer består av en sekundärlindning som är klämd över isoleringen av en enda kärna. Magnetfältet som produceras av ström som strömmar genom kärnans mitt är tillräckligt för att inducera en utgång i sekundäret.

Strömtransformatorn arbetar på samma sätt som den vanliga spänningsomvandlaren, men principen appliceras på ett annat sätt. Eftersom spänningen och frekvensen av matningen till kretsen som helhet är konstanta varierar strömmen endast om kretsens totala impedans varierar.

Om strömmen ökar har den totala impedansen minskat, och transformatorns primära impedans, även om den är mycket liten, representerar en större andel av kretsens totala impedans. Potentialskillnaden över primären ökar därför och spänningen i sekundärutmatningen ökar proportionellt. Systemet förklaras i figur 12.5 för enkel referens och realisering.

Auto Transformer:

En autotransformator arbetar med en princip som liknar en vanlig transformator, men har endast en lindning, vilken är gemensam för primär- och sekundärkretsarna som visas i figur 12.6. Den är generellt utformad som en down-down-transformator med en relativt liten skillnad mellan primär och sekundär spänning.

Den enda användningen i kollier är att starta växelströmsmotorer. Det är aldrig vanligt att tillhandahålla kontinuerlig tillförsel för lågspänningskrets, eftersom det finns risk för att hela primärspänningen kan användas i sekundärkretsen vid en felaktig anslutning.

Underjordisk transformator:

I tidigare dagar var alla krafttransformatorer som användes under jord, av oljefylld typ, sträcker sig från 75 KVA till ca 250 KVA, men dessa ersätts nu av brandbekämpade torrtransformatorer från 300 KVA till 750 KVA.

Praktiskt taget allt kolfiberutrustningar får tillförsel från dessa flamskyddade transformatorer som används för att leverera inbyggda säkra kretsar som signalkretsar. De är speciellt konstruerade med en jordad skärm mellan primär- och sekundärlindningarna för att säkerställa att primärspänningen inte kan anslutas till sekundärkretsen, även om det finns ett fullständigt fel på isoleringen.

Oljefyllda transformatorer:

Transformatorer som är utformade för att passera tunga kraftbelastningar fylls vanligtvis med en isolerande olja så att alla lindningar och kärnor är nedsänkta. Oljan hindrar inåtkomst av fukt (vilket kraftigt minskar den dielektriska styrkan hos luftisoleringen) och upprätthåller därför ett högre isolationsmotstånd mellan lindningarna och mellan de levande delarna och jorden.

Oljan hjälper också till att kyla transformatorn. Tunga elektriska strömmar som strömmar genom lindningarna orsakar en avsevärd temperaturökning. När den omgivande oljan blir uppvärmd, bildas konvektionsströmmar i oljan, vilket hjälper till att leda värme bort från lindningarna.

Vissa transformatorer är konstruerade med kylrör som skjuter ut från kåpan eller tankens sidor. Olja som cirkulerar genom rören kyls snabbare, så att transformatorns kylning blir effektivare. Större oljefyllda transformatorer är utrustade med andning så att luft kan passera in och ut när oljan expanderar eller kontraheras när den värms eller kyls.

En andning kommer normalt att innehålla en fuktabsorberande kemikalie, såsom silikagel, för att förhindra att fukt tas in och förorenar oljan. Silikagel, när det är torrt, kommer att vara av blå färg, och när fuktad ändras färgen till rosa.

Flamskyddade, luftkylda transformatorer:

Med införandet av kolmekanisering ökade antal och storlek på kolytmaskiner enormt och det blev nödvändigt att ha större transformatorer installerade nära kolytan för att hålla spänningsfallet mellan transformatorn och motorn till ett minimum.

Dessa transformatorer är av torrtyp, dvs tanken är full av luft. Tankarna är av svetsade stålkonstruktioner och är certifierade flamprov. HV-växeln som styr transformatorn är också flamskyddad och är monterad på transformatorn.

Det finns en flamskyddad kammare på LV och på transformatorn som rymmer jordläckaget och kortslutningsskyddsutrustningen. Om jordläckningsskyddssystemet eller kortslutningsskyddssystemet detekterar felet på den utgående LV-kretsen, sätter den automatiskt ut HV-omkopplaren. HV-omkopplaren ger också överbelastnings- och jordfelsskydd för transformatorer.

Effekt i transformatorn:

Om sekundärlindningen är ansluten till en krets med en belastning, kommer den inducerade spänningen att driva en ström genom belastningen. Den sekundära transformatorn levererar därför ström till sin krets. Strömmen från sekundären kan endast härledas från försörjningskällan i primärkretsen. Så fort strömmen strömmar i sekundär krets, strömmar en motsvarande ström i primären.

Effekt överförs från primärkretsen till sekundärkretsen med hjälp av det ständigt växlande magnetfältet som länkar de två. Den laminerade kärnan intensifierade fältet och viklingens sammanvävning gör länken så nära som möjligt. I en välformad transformator släpps mycket liten kraft inom transformatorn själv.

Strömmen från transformatorn av sekundärkretsen är därför nästan densamma som den ström som transformatorn tar från primärkretsen. I själva verket passerar strömmen från den primära källan till matning via transformatorn till apparaten som använder den. Effekten av transformatorn är bara att ändra spänningen vid vilken kraften levereras.

Effekten som överförs av en krets bestäms både av den spänning som appliceras på den och strömmen strömmar in i den. Eftersom effekten som tas av sekundärkretsen är lika med kraften som levereras av primärkretsen beror den ström som krävs för att sända en viss mängd effekt i de två kretsarna av de spänningar vid vilka kretsen arbetar.

Förhållandet mellan primär- och sekundärströmmen är därför den inversa av förhållandet mellan spänningarna. Magnetiseringsströmmen är "så liten i förhållande till kraftöverföringsströmmarna att för de flesta ändamål kan dess effekter ignoreras.

Trots att transformatorlindningarna är mycket induktiva, strömmar strömmen som inte strömmar i dem när transformatorn är belastad, inte nödvändigtvis efter sina spänningar. Om exempelvis belastningen i sekundärkretsen var kapacitiv, skulle strömmarna i de två kretsarna leda sina spänningar.

Primär- och sekundärströmmarna, som primär- och sekundärspänningarna, är i antifas. Vilken rygg-emf som induceras i sekundärlindningen av sekundärströmmen avbryts av framåtriktad emf inducerad ömsesidigt i den lindningen av primärströmmen. På samma sätt avbryts eventuellt tillbaka emk som induceras i primärlindningen genom framåtriktad emf som induceras ömsesidigt av sekundärströmmen.

Om emellertid sekundärbelastningen har en släp eller ledande effektfaktor, bärs denna effektfaktor tillbaka från sekundärkretsen till primären. Primär- och sekundärströmmarna förblir i antifas och varje lags eller leder spänningen med samma mängd.

Det är viktigt att notera att magnetiseringsströmmen i primärkretsen, som är en induktiv ström, har en liten effekt genom att det medför att den totala primära strömmen sänks något jämfört med sekundärströmmen. Transformatorer bidrar därför till den låga effektfaktorn i ett gropssystem, men effekten av en transformator på effektfaktorn är ganska liten jämfört med effekten av induktionsmotorn som den levererar.

Transformator underhåll:

Till skillnad från motorer, eftersom transformatorer inte har några rörliga delar, kräver de väldigt lite underhåll, om de är ordentligt anpassade till belastningsapplikationen, och försörjnings- och styrsystemet är effektivt. Huvuduppgifterna i transformatorns underhåll anges emellertid nedan.

Underhållschemat för varje transformator som ger inspektionsfrekvensen och de kontroller som ska utföras vid varje tillfälle kommer att fastställas av den elektriska ingenjören, vilket måste följas noggrant.

1. allmän:

Kontrollera försiktigt transformatorn från tid till annan för att säkerställa att anslutningarna, lindningarna och kärnan är i gott skick. I fallet med en flamskyddad transformator måste kontrolleras för sprickor och underhåll av korrekta foghål.

2.Temperature:

Notera temperaturen på lindningarna så att transformatorn inte överhettas. Temperaturkontrollen är mer tillförlitlig om den utförs efter att transformatorn har varit på full belastning under en period av flera timmar.

Överhettning kommer sannolikt att orsakas av en elektrisk överbelastning, men det kan också vara en följd av att isoleringen mellan kärnans lamination eller, i en oljefylld transformator, försämras genom oljans försämring eller att isoleringen inte har försämrats skikt eller transformatorlindningarnas varv.

3. Isolering:

Kontrollera isoleringen regelbundet för att säkerställa att den inte försämrats fysiskt, t.ex. att den inte blivit spröd. Mät isolationsmotståndet mellan primär- och sekundärlindningarna, och mellan varje lindning och jord, med en lämplig tester.

För att testa isolationsmotståndet hos sekundärlindningen till jorden är det nödvändigt att avlägsna jordlänken hos neutralpunkten, om det finns en. Det är viktigt att se till att jordlänken ersätts efter provet.

4. Svängningsresistans:

Mät motståndet hos lindningarna med en bro och jämföra läsningarna från tid till annan med de värden som anges i specifikationen. En markerad avvikelse från det förväntade och specificerade värdet, speciellt om det inträffar i en fas av en lindning, indikerar ett fel, t.ex. en kortslutning mellan varv.

5. Oljenivå:

Notera oljenivån och tillsätt färsk olja om det behövs för att behålla rätt nivå. Väskan eller tanken bör inspekteras för eventuella oljeläckor.

6. Oljekondition:

Undersök oljan för tecken på släde. Slam kommer att ses som en klibbig insättning på lindningarna och sidorna eller botten av tanken. Dess närvaro täcker vindarna och förhindrar oljan att kyla dem. Om slam finns, måste transformatorn tömmas, rengöras grundligt med olja och fyllas på med frisk och testad olja.

7. Oljetester:

En gång om året, eller oftare om det behövs eller tvivlas, tas ett prov av olja från transformatorn och skickas till ett laboratorium för testning. Testerna är avsedda att säkerställa att oljan inte har absorberat vatten och att det inte har blivit surt. Närvaron av fukt i oljan sänker dess dielektriska styrka och kan leda till en nedbrytning av isoleringen. Syrhet orsakar korrosion inuti transformatorlindningen.

8. Andning:

Om transformatorn är fylld med en andning, notera kiselgelens tillstånd och förnya kemikalien när den är mättad. Silikagel är vanligtvis färgad för att indikera sitt tillstånd, det ändras från blått till rosa eftersom det absorberar fukt.