Transformers gebruikt in mijnen (met diagram)

Na het lezen van dit artikel leert u over de soorten en het onderhoud van transformatoren die in mijnen worden gebruikt.

Transformers:

Transformers worden veel gebruikt in mijnen, zowel aan het oppervlakte als ondergronds. Om de spanningsval laag te houden zonder grote kabels te gebruiken, wordt het elektrische vermogen verdeeld over 3.300 volt of 6.600 volt.

Deze spanning, hoewel ideaal voor distributie, is te hoog voor gebruik op machines met kolenoppervlak of de kleinere machines elders onder de grond, dus transformatoren worden gebruikt om deze hoge spanningen te transformeren naar 550 volt of 1100 volt.

De meest voorkomende spanning in mijnen is 550 volt. Boorpanelen en verlichtingspanelen bevatten ook transformatoren om de vereiste lagere spanningen van de middenspanningsvoeding te verkrijgen. Deze transformators worden step-down transformers genoemd.

In mijnen worden step-up transformatoren helemaal niet gebruikt voor een gemeenschappelijk doel. Een transformator is in feite een inrichting voor het verkrijgen van een wisselstroomtoevoer van een vereiste spanning uit een wisselstroom van een andere spanning.

Transformers bestaan ​​uit twee typen:

(a) Transformatoren voor één fase en

(b) Meerfasige transformatoren.

(a) Transformatoren met één fase:

Een enkelfasige transformator bestaat uit twee spoelen, volledig geïsoleerd van een andere wond, naar een gelamineerde zachte ijzeren siliconenkern. De voeding is verbonden met één wikkeling, die bekend staat als de primaire en de uitvoer wordt van de andere genomen, de secundaire.

De secundaire wikkeling wordt gewoonlijk gewikkeld over de gelamineerde kern, maar de spoelen zijn voldoende geïsoleerd van de gelamineerde kern. De primaire wikkeling is gewonden over de secundaire wikkeling. Tussen de primaire en de secundaire winding is een voldoende isolerende cilinder aangebracht.

In Fig. 12.1 wordt de elektrische weergave van een enkelfasige transformator getoond:

(b) Poly-Phase-transformatoren:

Een transformator die bedoeld is om de spanning van een voeding met meer dan één fase te wijzigen, moet voor elke fase zijn uitgerust met een primaire wikkeling en een secundaire wikkeling. Een transformator voor een driefasenvoeding heeft een kernstructuur die lijkt op die getoond in figuur 12.2. Eén primaire wikkeling wordt met de bijbehorende secundaire wikkeling op elke arm van de kern gewonden.

In een meerfasige transformator zijn alle primaire wikkelingen onderling verbonden om het primaire circuit te voltooien en op dezelfde manier zijn alle secundaire wikkelingen aangesloten om het secundaire circuit te voltooien. De wikkelingen van een driefasige transformator kunnen in ster of delta zijn verbonden.

Het principe van de transformator is gebaseerd op het basisprincipe van continue wederzijdse inductie. Wanneer een wisselvoorziening is aangesloten op de primaire wikkeling van een transformator (waarbij de secundaire overblijvende verbonden is), stroomt er een stroom in het primaire circuit.

De wikkeling heeft een zeer hoge inductieve impedantie, zodat de stroom die vloeit erg klein is. Omdat de wikkeling een lage weerstand heeft vergeleken met deze inductie, blijft de stroom bijna 90 ° achter op de aangelegde spanning. Deze achterblijvende stroom wordt de magnetiserende stroom genoemd, omdat het de functie is om een ​​constant veranderend magnetisch veld te creëren.

De secundaire wikkeling van de transformator ligt binnen dit magnetische veld, zodat er een alternerend emf in wordt geïnduceerd. De geïnduceerde emf blijft 90 ° achter op de magnetiserende stroom die deze induceert. Daarom blijft deze emf 180 ° achter op de primaire spanning, dwz de secundaire spanning staat in tegenfase met de primaire spanning. Fig. 12.3 legt dit uit.

Welke spanning ook wordt uitgeoefend op de primaire wikkeling van een transformator die in de secundaire wikkeling induceert, is evenredig daaraan, de werkelijke verhouding daartussen, afhankelijk van het ontwerp van de transformator.

In een enkelfasige transformator is de verhouding tussen de primaire en secundaire spanningen dezelfde als de verhouding tussen het aantal windingen in de primaire wikkeling en het aantal windingen in de secundaire wikkeling. De relatie wordt uitgedrukt door de formule

Alle step-down transformatoren hebben daarom minder windingen in de secundaire wikkeling dan in de primaire wikkeling. Omgekeerd hebben opvoertransformatoren meer windingen in de secundaire wikkeling dan in de primaire wikkeling. Als de primaire wikkeling bijvoorbeeld 50 omwentelingen heeft en de secundaire wikkeling 100 omwentelingen heeft, is de uitgangsspanning twee keer de ingangsspanning.

De transformator zou dan worden beschreven als een 2: 1 step-up transformator. Evenzo, als de primaire 200 omwentelingen heeft en de secundaire heeft 100, dan zal de uitgangsspanning de helft van de ingangsspanning zijn, wat een 2: 1 step-down transformator oplevert.

Een soortgelijke relatie geldt tussen de ingangs- en uitgangsspanning van driefasige transformatoren, op voorwaarde dat beide sets wikkelingen op dezelfde manier zijn aangesloten, dwz op voorwaarde dat beide in ster zijn verbonden of beide in delta zijn aangesloten zoals weergegeven in figuur 12.4.

Als de twee sets van de wikkeling anders zijn aangesloten, geldt de verhouding tussen de spanningen in de bijbehorende wikkelingen, maar de verhouding tussen de ingangs- en uitgangsklemmen is anders, zoals weergegeven in Afb. 12.4.

Maar in een ideale transformator is verzekerd dat het geheel van de flux die wordt gegenereerd door de alternerende emf in de primaire, alle windingen in de secundaire wikkeling verbindt. In feite is er bij praktisch gebruik een lekcoëfficiënt die moet worden overwogen. De vastgestelde relatie tussen spanning en de ontwikkelde flux is echter

Transformator Equivalent Circuit:

Laten we nu eens kort kijken naar de feitelijke equivalente schakeling van een transformator met X ₁ en R ₁ als de primaire reactantie en weerstand, en X2 en R2 als de secundaire reactantie en weerstand. Fig. 12.4 toont een vereenvoudigde equivalente schakeling met weerstand R en reactantie X, verwezen naar de primaire. De waarden van R en X worden gegeven als

Uit de kortsluitingstest (wat betekent dat een volledige belasting door de transformator wordt geleid met de primaire of de secundaire kortsluiting) kunnen de waarden van R en X worden bepaald. In feite zal, vanwege het kortsluiten van een van de windingen, een verminderde spanning vereist zijn. Deze spanning wordt ook de impedantiespanning genoemd.

Wanneer de transformator wordt geladen, zal er een daling van de spanning optreden als gevolg van de weerstand van de primaire en secundaire wikkelingen en ook als gevolg van magnetische lekflux, die in feite toeneemt met de toename van de belasting. In feite neemt de regulatie uit de bovenstaande redenaties toe met de toename van de belasting.

Huidige transformator:

Een stroomtransformator is een type transformator die ontworpen is om een ​​uitgangsspanning te geven die evenredig is met de stroom die in de primaire wikkeling vloeit. De primaire van een dergelijke transformator zou in serie worden geschakeld met een belasting in een vermogensschakeling zoals een motor en de secundaire uitgang die wordt gebruikt voor gebruik in een overbelastingsbeveiligingssysteem.

De stroom die in de primaire stroomt, wordt daarom bepaald door de belasting die wordt geleverd, en het stroomcircuit wordt vrijwel niet beïnvloed door de relatief kleine hoeveelheid stroom die door de transformator wordt verbruikt.

De primaire van een stroomtransformator bestaat meestal uit een of twee omwentelingen die zijn gevormd uit een zware koperen geleider. De secundaire wikkeling heeft gewoonlijk een zeer groot aantal windingen en beide wikkelingen worden gevormd op een laminatiekern.

Sommige stroomtransformatoren bestaan ​​uit een secundaire wikkeling die over de isolatie van een enkele kern wordt geklemd. Het magnetische veld dat wordt geproduceerd door de stroom die door het midden van de kern stroomt, is voldoende om een ​​uitvoer in de secundaire te induceren.

De stroomtransformator werkt op hetzelfde principe als de gewone spanningstransformator, maar het principe wordt op een andere manier toegepast. Aangezien de spanning en frequentie van de voeding naar het circuit als geheel constant zijn, varieert de stroom alleen als de totale impedantie van het circuit varieert.

Als de stroom toeneemt, is de totale impedantie afgenomen en vertegenwoordigt de impedantie van de primaire transformator, hoewel zeer gering, een groter deel van de totale impedantie van de schakeling. Het potentiaalverschil over de primaire is daarom verhoogd en de spanning van de secundaire uitgang evenredig verhoogd. Het systeem wordt uitgelegd in Fig. 12.5 voor eenvoudige referentie en realisatie.

Auto Transformer:

Een autotransformator werkt op een principe dat vergelijkbaar is met een gewone transformator, maar heeft slechts één wikkeling, die gemeenschappelijk is voor de primaire en secundaire circuits zoals weergegeven in Fig. 12.6. Het is over het algemeen ontworpen als een step-down transformator met een relatief klein verschil tussen de primaire en secundaire spanning.

Het enige gebruik in mijnen is voor het starten van wisselstroommotoren. Het wordt nooit gebruikt voor een continue voeding voor een circuit met een lagere spanning, omdat het gevaar bestaat dat, in het geval van een defecte aansluiting, de volledige primaire spanning op het secundaire circuit wordt toegepast.

Underground Transformer:

Vroeger waren alle transformatoren die ondergronds werden gebruikt van het met olie gevulde type, variërend van 75 KVA tot ongeveer 250 KVA, maar deze worden nu vervangen door explosieveilige gecertificeerde droge transformatoren van 300 KVA tot 750 KVA.

Vrijwel alle Coilface-apparatuur wordt gevoed door deze vlambestendige transformatoren die worden gebruikt voor het leveren van intrinsiek veilige circuits zoals signaleringscircuits. Ze zijn speciaal geconstrueerd met een geaard scherm tussen de primaire en secundaire wikkelingen, om te zorgen dat de primaire spanning niet kan worden aangesloten op het secundaire circuit, zelfs als de isolatie volledig defect is.

Met olie gevulde transformatoren:

Transformatoren die zijn ontworpen voor het doorlaten van zware belasting, worden meestal gevuld met een isolerende olie, zodat alle wikkelingen en kern ondergedompeld zijn. De olie voorkomt het binnendringen van vocht (wat de diëlektrische sterkte van de luchtisolatie sterk vermindert) en zorgt daarom voor een hogere isolatieweerstand tussen de wikkelingen en tussen de stroomvoerende delen en de aarde.

De olie helpt ook bij het koelen van de transformator. Zware elektrische stromen die door de wikkelingen stromen, veroorzaken een aanzienlijke temperatuurstijging. Wanneer de omringende olie verhit raakt, worden er convectiestromen in de olie geplaatst, die helpen de warmte uit de wikkelingen af ​​te voeren.

Sommige transformatoren zijn opgebouwd met koelbuizen die uit de zijkanten van de behuizing of tank steken. Olie die door de buizen circuleert, wordt sneller afgekoeld, zodat de koeling van de transformator efficiënter is. Grotere met olie gevulde transformatoren hebben een ontluchter zodat de lucht kan in en uit gaan als de olie uitzet of inkrimpt wanneer deze wordt verwarmd of gekoeld.

Een ontluchter bevat normaal gesproken een vochtabsorberende chemische stof zoals silicagel om te voorkomen dat vocht wordt aangezogen en de olie verontreinigt. Silica gels zijn, wanneer ze droog zijn, van een blauwe kleur en wanneer ze gehydrateerd zijn, verandert de kleur in roze.

Vlambestendige, luchtgekoelde transformatoren:

Met de introductie van coalface-mechanisatie nam het aantal en de grootte van de machines met het kolenoppervlak enorm toe en werd het noodzakelijk om grotere transformatoren dicht bij het kolenoppervlak te hebben geïnstalleerd om de spanningsval tussen de transformator en de motor tot een minimum te beperken.

Deze transformatoren zijn van het droge type, dwz de tank is vol met lucht. De tanks zijn van gelaste staalconstructies en zijn explosievrij gecertificeerd. Het HV-schakelapparaat dat de transformator bestuurt, is ook vlambestendig en is op de transformator gemonteerd.

Er is een brandvrije kamer op de LV en op de transformator die de aardlek en de kortsluitingsbeveiligingsapparatuur herbergt. Als het aardlekbeveiligingssysteem of het kortsluitingsbeveiligingssysteem de fout op het uitgaande LV-circuit detecteert, wordt de HV-schakelaar automatisch geactiveerd. De HV-schakelaar biedt ook overbelasting en aardfoutbeveiliging voor transformators.

Vermogen in transformator:

Als de secundaire wikkeling wordt aangesloten op een circuit met belasting, zal de geïnduceerde spanning een stroom door de belasting aansturen. De secundaire van de transformator levert daarom stroom aan zijn circuit. Het vermogen dat door de secundaire wordt geleverd, kan alleen worden afgeleid van de voedingsbron in het primaire circuit. Zodra de stroom in het secundaire circuit vloeit, stroomt er een overeenkomstige stroom in het primaire circuit.

Vermogen wordt overgedragen van het primaire circuit naar het secundaire circuit door middel van het constant veranderende magnetische veld dat de twee verbindt. De gelamineerde kern intensiveerde het veld en de verwevenheid van de winding maakt de verbinding zo dicht mogelijk. In een goed ontworpen transformator wordt zeer weinig stroom binnen de transformator zelf afgevoerd.

Het vermogen dat door de secundaire schakeling uit de transformator wordt gehaald, is daarom bijna hetzelfde als het vermogen dat de transformator uit het primaire circuit neemt. In feite gaat de stroom van de primaire voedingsbron via de transformator naar het apparaat dat deze gebruikt. Het effect van de transformator is alleen maar om de spanning te wijzigen waarmee het vermogen wordt geleverd.

Het vermogen dat door een circuit wordt uitgezonden, wordt zowel bepaald door de spanning die erop wordt aangelegd als door de stroom die daarin stroomt. Aangezien het vermogen dat door het secundaire circuit wordt genomen gelijk is aan het vermogen dat door het primaire circuit wordt geleverd, is de stroom die nodig is om een ​​gegeven hoeveelheid vermogen in de twee circuits te verzenden afhankelijk van de spanningen waarmee het circuit werkt.

De verhouding tussen de primaire en de secundaire stroom is daarom het omgekeerde van de verhouding tussen de spanningen. De magnetiseringsstroom is 'zo klein ten opzichte van de vermogenstransmissies dat de effecten voor de meeste doeleinden kunnen worden genegeerd.

Hoewel de wikkelingen van de transformator in hoge mate inductief zijn, ligt de stroom die erin stroomt wanneer de transformator onder belasting is, niet noodzakelijkerwijs achter op hun spanningen. Als, bijvoorbeeld, de belasting in het secundaire circuit capacitief zou zijn, dan zouden de stromen in de twee circuits hun spanningen leiden.

De primaire en secundaire stromen, zoals de primaire en secundaire spanningen, bevinden zich in antifase. Elke in de secundaire wikkeling geïnduceerde back-emf door de secundaire stroom wordt geannuleerd door voorwaartse emf die wederzijds wordt geïnduceerd in die wikkeling door de primaire stroom. Evenzo wordt elke in de primaire wikkeling geïnduceerde back-emf geannuleerd door voorwaartse emf die wederzijds wordt geïnduceerd door de secundaire stroom.

Als de secundaire belasting echter een achterblijvende of leidende arbeidsfactor heeft, wordt deze arbeidsfactor van het secundaire circuit naar het primaire circuit teruggebracht. De primaire en secundaire stromen blijven in antifase en elke vertraging loopt of leidt zijn voltage met dezelfde hoeveelheid.

Het is belangrijk op te merken dat de magnetiseringsstroom in het primaire circuit, die een inductieve stroom is, een klein effect heeft, omdat hierdoor de totale primaire stroom enigszins achterblijft in vergelijking met de secundaire stroom. Transformatoren dragen daarom bij aan de achterblijvende vermogensfactor in een putsysteem, maar het effect van een transformator op de vermogensfactor is vrij klein in vergelijking met het effect van de inductiemotor die het levert.

Onderhoud van transformatoren:

In tegenstelling tot motoren, omdat transformatoren geen bewegende delen hebben, hebben ze zeer weinig onderhoud nodig, als ze op de juiste manier zijn afgestemd op de belastingstoepassing, en het toevoer- en regelsysteem is efficiënt. De belangrijkste taken bij het onderhoud van de transformator staan ​​hieronder echter beschreven.

Het onderhoudsschema voor elke transformator die de inspectiefrequentie aangeeft en de controles die bij elke gelegenheid moeten worden uitgevoerd, worden vastgelegd door de elektricien van de mijn, en dit moet van nabij worden gevolgd.

1. Algemeen:

Inspecteer de transformator van tijd tot tijd zorgvuldig om ervoor te zorgen dat de aansluitingen, wikkelingen en kern in goede staat zijn. Het geval van een explosieveilige transformator moet worden gecontroleerd op scheurtjes en op het onderhouden van de juiste verbindingsopeningen.

2.Temperature:

Noteer de temperatuur van de windingen om ervoor te zorgen dat de transformator niet oververhit raakt. De temperatuurcontrole is betrouwbaarder als deze wordt uitgevoerd nadat de transformator gedurende een aantal uren op vollast heeft gestaan.

Oververhitting is het meest waarschijnlijk veroorzaakt door een elektrische overbelasting, maar het kan ook worden veroorzaakt door uitval van de isolatie tussen de laminering van de kern of, in een met olie gevulde transformator, door verslechtering van de olie of uitval van isolatie tussen de lagen of de windingen van de transformatorwikkeling.

3. Isolatie:

Inspecteer de isolatie regelmatig om ervoor te zorgen dat deze niet fysiek is verslechterd, bijvoorbeeld dat deze niet broos is geworden. Meet de isolatieweerstand tussen de primaire en secundaire wikkelingen, en tussen elke wikkeling en de aarde, met een geschikte tester.

Om de isolatieweerstand van de secundaire wikkeling op aarde te testen, is het noodzakelijk om de aardklem van het neutrale punt te verwijderen, als er een is. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de aardverbinding wordt vervangen na de test.

4. Winding weerstand:

Meet de weerstand van de wikkelingen met een brug en vergelijk de waarden van tijd tot tijd met de waarden in de specificatie. Een duidelijke afwijking van de verwachte en gespecificeerde waarde, vooral als deze slechts in één fase van een wikkeling optreedt, duidt op een fout, bijv. Een kortsluiting tussen bochten.

5. Oliepeil:

Let op het oliepeil en voeg indien nodig verse olie toe om het juiste peil te behouden. De behuizing of de tank moet worden geïnspecteerd op mogelijke olielekken.

6. Olie staat:

Onderzoek de olie op tekenen van sleeën. Slib zal worden gezien als een kleverige afzetting op de wikkelingen en zijkanten of bodem van de tank. Zijn aanwezigheid bedekt de wikkelingen en voorkomt dat de olie ze afkoelt. Als slib wordt aangetroffen, moet de transformator worden afgetapt, grondig worden gereinigd van olie en opnieuw worden gevuld met verse en geteste olie.

7. Olietests:

Eenmaal per jaar, of vaker indien nodig of in geval van twijfel, wordt een oliemonster uit de transformator genomen en naar een laboratorium gestuurd om te testen. De tests zijn bedoeld om ervoor te zorgen dat de olie geen water heeft opgenomen en dat deze niet zuur is geworden. De aanwezigheid van vocht in de olie verlaagt zijn diëlektrische sterkte en kan leiden tot een afbraak van de isolatie. Zuurheid veroorzaakt corrosie in de transformatorwikkeling.

8. Breather:

Als de transformator is gevuld met een ontluchter, noteer dan de conditie van de silicagel en vernieuw de chemische stof als deze verzadigd is. Silicagel is meestal gekleurd om de conditie aan te geven, het verandert van blauw naar roze omdat het vocht absorbeert.