Transformatorer anvendt i miner (med diagram)

Efter at have læst denne artikel vil du lære om typer og vedligeholdelse af transformatorer, der anvendes i miner.

Transformers:

Transformatorer bruges i vid udstrækning i miner, både på overfladen og under jorden. For at holde spændingsfaldet til en lav værdi uden at bruge store kabler, fordeles elforsyningen ved 3.300 volt eller 6.600 volt.

Denne spænding, selvom den er ideel til distribution, er for høj til brug på kulfilemaskiner eller de mindre maskiner andetsteds under jorden, så transformatorer bruges til at transformere disse høje spændinger til enten 550 volt eller 1100 volt.

Den mest almindelige spænding i miner er 550 volt. Boreplader og belysningspaneler indeholder også transformatorer for at opnå de nødvendige lavere spændinger fra mellemspændingsforsyningen. Disse transformatorer kaldes step-down transformere.

I miner er step-up-transformere slet ikke brugt til fælles formål. En transformer er i virkeligheden en indretning til at opnå en vekselstrømsforsyning af en krævet spænding fra en vekselstrøm af en anden spænding.

Transformatorer er af to typer:

(a) Enfasetransformatorer og

(b) Poly-fasetransformere.

(a) Enfasetransformatorer:

Enfasetransformator består af to spoler, helt isolerede fra et andet sår til en lamineret blød jernkiselkvalitetskern. Tilførslen er forbundet til en vikling, kendt som den primære, og udgangen er taget fra den anden, kendt som den sekundære.

Den sekundære vikling er normalt viklet over den laminerede kerne, men spolerne er tilstrækkeligt isolerede fra den laminerede kerne. Den primære vikling vikles over sekundærviklingen. En passende isolerende cylinder er tilvejebragt mellem den primære og sekundære vikling.

I figur 12.1 er den elektriske repræsentation af en enfasetransformator vist:

(b) Poly-fase transformatorer:

En transformer, der har til formål at ændre spændingen af ​​en forsyning med mere end en fase, skal være forsynet med en primærvikling og en sekundærvikling for hver fase. En transformator til en trefasetilførsel har en kernestruktur svarende til den, der er vist i figur 12.2. En primærvikling vikles med den tilsvarende sekundære vikling på hver arm af kernen.

I en polyfase-transformator er alle primære viklinger forbundet til at afslutte primærkredsløbet, og på samme måde er alle sekundære viklinger forbundet til at fuldføre sekundær kredsløbet. Vindingerne af en trefasetransformator kan enten være forbundet i stjerne eller delta.

Transformatorens princip er baseret på det grundlæggende princip om kontinuerlig gensidig induktion. Når en vekselstrøm forsynes med en transformers primære vikling (den sekundære resterende indbyrdes forbundne) strømmer en strøm i primærkredsen.

Vindingen har en meget høj induktiv impedans, således at strømmen, som strømmer, er meget lille. Da viklingen har en lav modstand sammenlignet med denne induktans, ligger strømmen næsten 90 ° bag den påførte spænding. Denne forsinkende strøm kaldes magnetiseringsstrømmen, da dens funktion er at skabe et konstant skiftende magnetfelt.

Transformatorens sekundære vikling ligger inden for dette magnetfelt, således at en vekslende emf induceres i den. Den inducerede emf lagrer 90 ° bag magnetiseringsstrømmen, som inducerer den. Derfor ligger denne emf 180 ° bag den primære spænding, dvs. den sekundære spænding er i antifase med primærspændingen. Fig. 12.3 forklarer dette.

Uanset hvilken spænding der anvendes til den primære vikling af en transformator, der induceres i sekundæret, er proportional med det, er det faktiske forhold mellem dem afhængigt af transformatorens design.

I en enkeltfasetransformator er forholdet mellem de primære og sekundære spændinger det samme som forholdet mellem antallet af svingninger i primærviklingen og antallet af svingninger i sekundærviklingen. Forholdet udtrykkes af formlen

Alle trin-down transformere har derfor færre sving i sekundærvikling end i primærviklingen. Omvendt har step-up-transformere flere omgange i sekundærviklingen end i primærviklingen. Hvis for eksempel primærviklingen har 50 omdrejninger, og sekundæret har 100 omdrejninger, vil udgangsspændingen være to gange indgangsspændingen.

Transformatoren vil så blive beskrevet som en 2: 1 trin-up transformer. På samme måde, hvis primæren har 200 omdrejninger og sekundæret har 100, vil udgangsspændingen være halvdelen af ​​indgangsspændingen, hvilket giver en 2: 1 trin-down transformer.

Et lignende forhold mellem indgangs- og udgangsspændingen af ​​trefasetransformatorer, forudsat at begge sæt viklinger er forbundet på samme måde, dvs. forudsat at begge er forbundet i stjerne, eller begge er forbundet i delta som vist i figur 12.4.

Hvis de to sæt vikling er forbundet forskelligt, holder forholdet mellem spændingerne i de tilsvarende viklinger, men forholdet mellem indgangs- og udgangsterminalerne er forskelligt som vist i figur 12.4.

Men i en ideel transformer er det sikret, at hele fluxen, der genereres af den alternerende emf i den primære, forbinder alle omdrejninger i sekundærviklingen. Faktisk er der i praksis brug for en lækningskoefficient, der skal overvejes. Men det etablerede forhold mellem spænding og den udviklede flux er

Transformator ækvivalent kredsløb:

Lad os nu kort se på det egentlige ækvivalente kredsløb af en transformator, der har X 1 og R 1 som den primære reaktans og modstand, og X 2 og R2 som den sekundære reaktans og modstand. Figur 12.4 viser et forenklet ækvivalent kredsløb med modstand R og reaktans X, der refereres til den primære. Værdierne for R og X er angivet som

Fra kortslutningstesten (som betyder at passere en fuldlaststrøm gennem transformatoren med enten den primære eller den sekundære kortslutte) kan værdierne for R og X bestemmes. Faktisk vil der være behov for en reduceret spænding på grund af kortslutning af en af ​​viklingerne. Denne spænding kaldes også impedansspændingen.

Nu, når transformatoren er lastet, vil der være spændingsfald på grund af modstanden af ​​primær- og sekundærviklingen og også på grund af magnetisk lækageflux, som faktisk stiger med forøgelsen af ​​belastningen. Faktisk stiger forordningen fra ovenstående begrundelse med stigningen i belastningen.

Nuværende transformator:

En strømtransformator er en type transformer designet til at give en spændingsudgang, der er proportional med strømmen, som strømmer i primærviklingen. Den primære af en sådan transformator vil blive forbundet i serie med en belastning i et strømkredsløb, såsom en motor, og den sekundære udgang, der anvendes til anvendelse i overbelastningsbeskyttelsessystem.

Strømmen, der strømmer i primæret, bestemmes derfor af den belastning, der tilføres, og strømkredsløbet er næsten upåvirket af den forholdsvis lille mængde strøm, som transformatoren tager.

Den primære af en strømtransformator består sædvanligvis af en eller to omdrejninger udformet af en tung kobberleder. Den sekundære vikling har sædvanligvis et meget stort antal drejninger, og begge viklinger formes på en laminerkern.

Nogle nuværende transformatorer består af en sekundær vikling, der er fastspændt over isolationen af ​​en enkelt kerne. Magnetfeltet produceret af strøm, som strømmer gennem kernens centrum, er tilstrækkeligt til at fremkalde en udgang i sekundæret.

Den nuværende transformer fungerer på samme princip som den almindelige spændingstransformator, men princippet anvendes på en anden måde. Da spændingen og frekvensen af ​​forsyningen til kredsløbet som helhed er konstant, varierer strømmen kun, hvis kredsløbets totalimpedans varierer.

Hvis strømmen øges, er den totale impedans faldet, og transformatoren primære, selv om den er meget lille, repræsenterer en større andel af kredsløbets totalimpedans. Den potentielle forskel på primærniveauet øges derfor, og spændingen af ​​sekundærudgangen øges proportionalt. Systemet er forklaret i figur 12.5 for nem reference og realisering.

Auto Transformer:

En auto-transformator fungerer på et princip, der ligner en almindelig transformator, men har kun en vikling, som er fælles for de primære og sekundære kredsløb som vist i figur 12.6. Det er generelt designet som en down-down transformer med en relativt lille forskel mellem primær og sekundær spænding.

Den eneste anvendelse i collieries er at starte vekselstrømsmotorer. Det er aldrig brugt til at levere kontinuerlig tilførsel til lavspændingskredsløb, fordi der er fare for, at hele primærspændingen i tilfælde af en defekt forbindelse kan påføres sekundær kredsløb.

Underground Transformer:

Tidligere anvendte alle transformatorer, der blev anvendt under jorden, af den oliefyldte type, der strækker sig fra 75 KVA til ca. 250 KVA, men disse udskiftes nu af flameproof-certificerede, tørtransformatorer fra 300 KVA til 750 KVA.

Næsten alt kulfladeudstyr får strøm fra disse flameprooftransformatorer, der anvendes til at levere egentlige sikre kredsløb, som f.eks. Signalkredsløb. De er specielt konstrueret med en jordet skærm mellem de primære og sekundære viklinger for at sikre, at primærspændingen ikke kan sluttes til sekundær kredsløb, selvom der er fuldstændig manglende isolering.

Oliefyldte transformatorer:

Transformatorer designet til at passere kraftige belastninger er normalt fyldt med en isolerende olie, så alle viklinger og kerne er nedsænket. Olien forhindrer indtræk af fugt (hvilket reducerer den dielektriske styrke af luftisoleringen kraftigt) og opretholder derfor en højere isolationsmodstand mellem viklingene og mellem de levende dele og jorden.

Olien hjælper også med at afkøle transformatoren. Tunge elektriske strømme, der strømmer gennem viklingen, forårsager en betydelig stigning i temperaturen. Når den omgivende olie bliver opvarmet, opstilles konvektionsstrømme i olien, som hjælper med at lede varme væk fra viklingene.

Nogle transformatorer er konstrueret med kølerør, der rager ud fra siderne af sagen eller tanken. Olie, der cirkulerer gennem rørene, afkøles hurtigere, så køling af transformeren er mere effektiv. Større oliefyldte transformatorer er udstyret med puster, så luften kan passere ind og ud, da olien udvider eller kontraherer, når den opvarmes eller afkøles.

En puste vil normalt indeholde et fugtabsorberende kemikalie, såsom silicagel, for at forhindre, at fugt trækkes ind og forurenser olien. Silikageler, når de er tørre, vil være af blå farve, og når fugtet ændres farven til lyserød.

Flamme-bevis, luftkølet transformere:

Med indførelsen af ​​kulmekanisering øgedes antallet og størrelsen af ​​kulflade maskiner enormt, og det blev nødvendigt at have større transformatorer installeret tæt på kulfladen for at holde spændingsfaldet mellem transformeren og motoren til et minimum.

Disse transformatorer er af den tørre type, dvs. tanken er fuld af luft. Tankene er af svejsede stålkonstruktioner og er certificeret flammesikker. HV-kontakten, der styrer transformatoren, er også flammefast og er monteret på transformeren.

Der er et flammefast kammer på LV og på transformeren, som huser jordlækage og kortslutningsbeskyttelsesudstyr. Hvis jordlækagebeskyttelsessystemet eller kortslutningsbeskyttelsessystemet registrerer fejlen på det udgående LV-kredsløb, afbrydes det automatisk HV-kontakten. HV-omskifteren giver også overbelastnings- og jordfejlbeskyttelse til transformatorer.

Power in Transformer:

Hvis sekundærviklingen er forbundet til et kredsløb med en belastning, vil den inducerede spænding drive en strøm gennem belastningen. Den sekundære af transformeren leverer derfor strøm til dets kredsløb. Strømforsyningen fra sekundæret kan kun afledes fra forsyningskilden i primærkredsløbet. Så snart strøm strømmer i sekundær kredsløb, strømmer en tilsvarende strøm i den primære.

Strøm overføres fra primær kredsløb til sekundær kredsløb ved hjælp af det konstant skiftende magnetfelt, som forbinder de to. Den laminerede kerne intensiverede marken, og viklingens sammenføjning gør linket så tæt som muligt. I en veludformet transformer spredes meget lidt strøm i selve transformatoren.

Strømmen, der tages ud af transformatoren ved hjælp af sekundær kredsløb, er derfor næsten det samme som strømmen fra transformatoren fra primærkredsløbet. I virkeligheden passerer strømmen fra den primære forsyningskilde gennem transformeren til apparatet, som bruger det. Effekten af ​​transformeren er blot at ændre spændingen, hvormed strømmen leveres.

Kraften transmitteret af et kredsløb bestemmes både af den spænding, der påtrykkes den og strømmen strømmer ind i den. Da den effekt, som det sekundære kredsløb tager, er lig med den effekt, der leveres af det primære kredsløb, afhænger den strøm, der kræves for at transmittere en given mængde strøm i de to kredsløb, af de spændinger, hvor kredsløbet betjenes.

Forholdet mellem primær og sekundær strøm er derfor den inverse af forholdet mellem spændingerne. Magnetiseringsstrømmen er 'så lille i forhold til strømtransmissionsstrømmene, at de i virkeligheden kan ignoreres for de fleste formål.

Selv om transformatorens viklinger er yderst inductive, ligger den strøm, der strømmer ind i dem, når transformatoren er i last, ikke nødvendigvis efter deres spændinger. Hvis for eksempel belastningen i sekundær kredsløb var kapacitiv, ville strømmen i de to kredsløb føre deres spændinger.

De primære og sekundære strømme, som primære og sekundære spændinger, er i antifase. Enhver tilbage emf induceret i sekundærviklingen af ​​sekundærstrømmen annulleres af fremadrettet emf, der indbyrdes induceres i den vikling af primærstrømmen. På samme måde bliver enhver tilbage emf, der er induceret i den primære vikling, afbrudt af fremadrettede emf indbyrdes induceret af sekundærstrømmen.

Hvis den sekundære belastning imidlertid har en bremse eller en ledende effektfaktor, bliver denne effektfaktor bragt tilbage fra sekundær kredsløb til primæren. De primære og sekundære strømmer forbliver i antifase, og hver lagrer eller leder dens spænding med samme mængde.

Det er vigtigt at bemærke, at magnetiseringsstrømmen i primærkredsløbet, der er en induktiv strøm, har en lille effekt, idet den forårsager, at den totale primærstrøm forsvinder let i forhold til sekundærstrømmen. Transformatorer bidrager derfor til den forsinkende effektfaktor i et hulsystem, men effekten af ​​en transformator på effektfaktoren er ret lille sammenlignet med virkningen af ​​den induktionsmotor, den leverer.

Transformer Vedligeholdelse:

I modsætning til motorer, da transformatorer ikke har bevægelige dele, kræver de meget lidt vedligeholdelse, hvis de er korrekt matchet med belastningsapplikationen, og forsynings- og kontrolsystemet er effektivt. De vigtigste opgaver, der er involveret i transformer vedligeholdelse, er dog beskrevet nedenfor.

Vedligeholdelsesplanen for hver transformator, der giver inspektionshyppigheden, og den kontrol, der skal foretages ved hver lejlighed, fastlægges af den elektriske ingeniør, og dette skal følges nøje.

1. Generelt:

Undersøg omhyggeligt transformatoren fra tid til anden for at sikre, at forbindelserne, viklingene og kernen er i god stand. Sagen om en flameprofil transformator skal kontrolleres for revner og vedligeholdelse af korrekte fælles huller.

2.Temperature:

Optag temperaturen for viklinger for at sikre, at transformeren ikke overophedes. Temperaturkontrollen er mere pålidelig, hvis den udføres efter at transformatoren har været i fuld belastning i en periode på flere timer.

Overophedning skyldes sandsynligvis en elektrisk overbelastning, men det kan også skyldes manglende isolering mellem kernens lamination eller i en oliefyldt transformator ved forringelse af olien eller manglende isolering mellem lag eller drejningerne af transformatorviklingen.

3. Isolering:

Undersøg isoleringen regelmæssigt for at sikre, at den ikke er forringet fysisk, f.eks. At den ikke er blevet sprød. Mål isolationsmodstanden mellem de primære og sekundære viklinger og mellem hver vikling og jord med en egnet tester.

For at teste isolationsmodstanden for sekundærviklingen til jorden, er det nødvendigt at fjerne jordforbindelse af det neutrale punkt, hvis der er en. Det er vigtigt at sikre, at jordforbindelsen erstattes efter testen.

4. Winding Resistance:

Mål viklingens modstand med en bro og sammenligne aflæsningerne fra tid til anden med de værdier, der er angivet i specifikationen. En markant divergens fra den forventede og specificerede værdi, især hvis den forekommer i en enkelt viklingsfase, indikerer en fejl, f.eks. En kortslutning mellem sving.

5. Olieniveau:

Bemærk olieniveauet og tilsæt frisk olie om nødvendigt for at opretholde det korrekte niveau. Sagen eller tanken skal inspiceres for mulige olieudslip.

6. Olie Tilstand:

Undersøg olien for tegn på slæden. Slam vil blive betragtet som et klæbrigt depositum på viklinger og sider eller bunden af ​​tanken. Dens tilstedeværelse tæpper vindingerne og forhindrer olien i at afkøle dem. Hvis der er fundet slam, skal transformatoren tømmes, grundigt rengøres af olie og genopfyldes med frisk og testet olie.

7. Olietest:

En gang om året, eller oftere, hvis det er nødvendigt eller tvivlet, tages en prøve af olie fra transformatoren og sendes til et laboratorium til testning. Prøvningerne har til formål at sikre, at olien ikke har absorberet vand, og at det ikke er blevet surt. Tilstedeværelsen af ​​fugt i olien sænker dens dielektriske styrke og kan føre til en nedbrydning af isoleringen. Syrer forårsager korrosion inde i transformatorviklingen.

8. Åndedræt:

Hvis transformeren er fyldt med en pusterum, skal du være opmærksom på silicagelens tilstand og forny kemikaliet, når det er mættet. Silikagel er normalt farvet for at indikere dets tilstand, det skifter fra blåt til rosa, da det absorberer fugt.