Для чего предназначены трансформаторы: Для чего предназначены трансформаторы. Что такое трансформатор

Содержание

Полезные статьи о трансформаторах

Выпускаете ли вы измерительные трансформаторы тока?

Данный вид продукции нами не выпускается, но мы можем изготовить магнитопроводы по технологии UNICORE для измерительных трансформаторов тока.


На прогрев какого объема бетона рассчитаны трансформаторы ТСЗД и станции КТПТО?

С учетом большого количества факторов, влияющих на объем прогреваемой бетонной смеси (укладка кабеля ПНСВ, температура окружающей среды, тип опалубки и т.д.) рекомендуем воспользоваться «Рекомендациями по прогреву бетона».


Что такое медицинский трансформатор?

«Медицинские» трансформаторы — разновидность однофазных разделительных трансформаторов, выпускаемых по ГОСТ 30030-93.

Относятся к безопасным разделительным трансформаторам с номинальной мощностью до 10 кВА и напряжением первичной обмотки не превышающим 250В.

Разделительные трансформаторы (медицинские) предназначены для преобразования сетей с глухозаземленной нейтралью в сеть с изолированной нейтралью (т.е. гальванической развязки внешней сети и токопринимающих устройств) и для электропитания медицинских помещений, а так же для эффективного обеспечения безопасности электрооборудования медицинского назначения. Применяются для питания различного медицинского оборудования: рентген-аппаратов, томографов, систем поддержания жизнедеятельности и т.д.

Медицинские трансформаторы должны выдерживать 60% перегрузку в течение 60 минут без ущерба для изоляции (по МЭК 61558-2-15). Трансформаторы имеют дополнительную экранирующую обмотку для снижения вероятности пробоя изоляции.

Условная схема подключения медицинского трансформатора:


Что такое разделительный трансформатор?

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками с целью исключения опасности, обусловленной возможностью случайного одновременного прикасания к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

Разделительные трансформаторы типа ТСР, ТСЗР, ОСР, ОСЗР, ТРМТ предназначены для отделения питающей токопринимающее устройство сети от внешней сети и сети заземления и зануления. За счет этого существенно снижается вероятность поражения человека электрическим током, так как вторичные обмотки трансформатора и заземленная нейтраль и «земля» источника гальванически развязаны. При возникновении пробоя тока на корпус отсутствует искрение, оборудование сохраняет работоспособность. Возникающие при этом токи утечки не опасны для человека.

Выпускаются по ГОСТ 30030-93. Применение разделительных трансформаторов повышает надежность работы оборудования (медицинские приборы, ручной инструмент 1 класса безопасности и т.д.), а так же позволяет безопасно эксплуатировать электрооборудование в помещениях с повышенной влажностью.

Разделительные трансформаторы делятся на два типа (с ограничением максимальной мощности):

• разделительные трансформаторы: 25 кВА для однофазных, 40 кВА для многофазных;

• безопасные разделительные трансформаторы: 10 кВА для однофазных, 16 кВА для многофазных.

Дополнительно оснащаются экраном между вторичной и первичной обмотками. Заземление экрана значительно повышает электробезопасность вторичной сети. Безопасные разделительные трансформаторы так же называют медицинскими.


Что такое расщепленная обмотка трансформатора?

Трансформатор с расщепленной обмоткой — трансформатор, у которого одна из обмоток (как правило, обмотка НН) разделена на две или большее число гальванически не связанных частей. Суммарная мощность расщепленных обмоток трансформатора равна его номинальной мощности, а номинальные напряжения ветвей одинаковы. Это — главное отличие от трехобмоточных трансформаторов, у которых суммарная мощность обмоток НН всегда больше мощности обмоток ВН. Такие трансформаторы можно условно рассматривать, как два независимых трансформатора, питаемых от общей сети. При КЗ в цепи одной из частей расщепленной обмотки в обмотках трансформатора возникают токи и напряжения существенно меньше, чем в том же трансформаторе с нерасщепленной обмоткой НН. Применение трансформаторов с расщепленными обмотками НН, обладающими повышенными значениями индуктивных сопротивлений, способствует снижению мощности короткого замыкания на шинах НН почти вдвое, что позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов.

 

Устройство трансформатора | Полезные статьи

Устройство, служащее для преобразования электрической энергии посредством эффекта электромагнитной индукции с одними параметрами переменного напряжения и тока на входе к другим параметрам этих величин на выходе, без изменения частоты, называется трансформатором.
Схематично Устройство трансформатора состоит из двух изолированных друг от друга обмоток, размещённых на ферромагнитном сердечнике. Магнитный поток от тока в первичной обмотке возбуждает ЭДС во вторичной обмотке, как это можно увидеть на Рис.1.

 

Первичная обмотка трансформатора

Первичная обмотка трансформатора запитывается переменным напряжением  U_1, порождающим в ней ток  I_1.

Вторичная обмотка трансформатора

Вторичная обмотка трансформатора, при взаимодействии с магнитным потоком Ф, генерирует в своих витках ЭДС, что приводит к возникновению напряжения на обмотке U_2 и тока I_2, зависящие от общего сопротивления вторичной цепи.
 

ВИДЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Остановимся на наиболее распространённых видах трансформаторов.

Силовой трансформатор

Силовые трансформаторы преобразуют переменное напряжение низких частот (50-60 Гц) и рассчитаны на большую мощность. Они обеспечивают приём и передачу электроэнергии в магистральных линиях с напряжением до 1150 кВ и в городских с напряжением до 10 кВ. Один из трансформаторов такого типа можно посмотреть на Рис.2. Там же приведено и описание его устройства.

Наибольшее распространение получили трёхфазные силовые трансформаторы из-за большего КПД.

 

 

Сетевой трансформатор

Эти устройства, как правило однофазные, обеспечивают преобразование напряжения бытовой электросети (порядка 220 вольт, 50 Гц) в напряжения питания различных систем электроприборов в диапазоне 5–48 вольт. 
На Рис.3 показаны некоторые из них с Ш-образными и тороидальным сердечником. Тороидальные сердечники обеспечивают большую компактность устройства.
 

Автотрансформатор

Обмотки этого устройства являются одной цепью и их взаимодействие между собой обеспечивается как электромагнитной, так и гальванической связью. Они позволяют на разных выводах от группы витков получать различные выходные напряжения. Примеры трансформаторов можно посмотреть на Рис.4.
 
Экономия провода на обмотке и на количестве материала сердечника позволяет уменьшить стоимость и вес устройства. Наличие же гальванической связи между обмотками является его недостатком.

Автотрансформаторы применяются в системах автоматики, широко применяются в высоковольтных сетях. Большое распространение получили трёхфазные автотрансформаторы.
Силовые автотрансформаторы применяются в системах пуска мощных электродвигателей и имеют собственную мощность сотни мегаватт.
Одной из разновидностей автотрансформатора является лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), который позволяет произвольно менять выходное напряжение в рамках диапазона регулирования. Контактный движок с угольной щёткой может перемещаться от витка к витку обмотки на тороидальном сердечнике посредством поворотной ручки, что и обеспечивает плавное изменение выходного напряжения.
Наиболее часто применяемые ЛАТР – однофазные с диапазоном напряжения на выходе 0-250 вольт и трёхфазные 0-450 вольт.

 

 

Сварочный трансформатор

Эти устройства предназначены для получения выходного тока большой силы с соответственным понижением выходного напряжения. Устройство такого трансформатора можно посмотреть на Рис.5

 


Измерительный трансформатор или трансформатор тока

Первичная обмотка такого устройства чаще всего имеет один виток либо прямой провод, пропущенный через сердечник и последовательно включённый в цепь измеряемого переменного тока. Вторичных обмоток может быть несколько. К ним подключаются измерительные приборы и устройства защиты. Измерительные приборы и устройства защиты должны иметь малое внутреннее сопротивление. Ток во вторичных обмотках пропорционален току первичной обмотки с коэффициентами трансформации К.
 
Для трансформаторов тока К должен быть значительно больше единицы.
Измерительные трансформаторы гальванически развязывают рабочую и измерительные цепи, что делает работу в измерительных цепях безопасной. Требование включения нагрузки в измерительные цепи обязательно, иначе трансформатор может выйти из строя.
Такие трансформаторы широко применяются в схемах релейной защиты.

Импульсные трансформаторы


Эти устройства широко используют в схемах балласта энергосберегающих ламп, в зарядных устройствах, в блоках питания аппаратуры, в сварочных аппаратах и инверторах, в других маломощных или силовых преобразователях электроэнергии. Они выполняются на ферритовых сердечниках, что позволяет работать с высокими частотами.

Существуют импульсные трансформаторы тока, которые применяются в импульсных схемах для измерения величины и/или направления тока.
На Рис.6 показаны различные импульсные трансформаторы.
 

 

Трансформатор

Трансформатор

Назначение и принцип действия

Трансформаторы применяются в энергосистемах при передаче электроэнергии от электростанции к потребителям, в энергоустановках различного вида, в системах автоматики, телемеханики, вычислительной техники, в устройствах связи. Широко применяются трансформаторы в системах питания радиоустройств, причём в качестве трансформаторов питания электронной аппаратуры используются трансформаторы малой мощности , которые предназначены для преобразования напряжения электрических сетей в напряжения, необходимые для питания электронной аппаратуры.

Рассматриваемые трансформаторы питания можно классифицировать по следующим признакам:

— в зависимости от числа фаз преобразуемого напряжения – на однофазные и трехфазные.

— в зависимости от числа обмоток – на двухобмоточные и многообмоточные.

— в зависимости от конфигурации магнитопровода – на стрежневые, броневые и тороидальные.

Принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Данный трансформатор состоит из магнитопровода, называемого иногда сердечником, и двух обмоток. Одна из обмоток называется – первичная w1 (рис.1.1) подключается к источнику переменного напряжения U1. К другой обмотке w2 подключен потребитель Zн. ее называют вторичной.

При подаче переменного напряжения U1 на первичную обмотку w1 в ней появляется переменный ток, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток  Ф.

Замыкаясь по магнитопроводу, магнитный поток Ф сцепляется с витками обмоток трансформатора w1 и w2 и наводит в них ЭДС:

                                                                                                                                                                                                             

Таким образом, энергия из первичной обмотки во вторичную передается с помощью переменного магнитного поля, а гальваническая связь между обмотками отсутствует.

При практических расчетах трансформаторов используют выражения для действующего значения ЭДС обмоток трансформатора, а также принимается допущение, что магнитный поток трансформатора является синусоидальной функцией времени, т.е.

        

После подстановки (1.3) в (1.1) и (1.2) и дифференцирования получим

Так как

 

то

          

При сравнении (1.3) и (1.4) видно, что ЭДС е1 и е2 отстают по фазе от потока Ф на π/2 т.е. на четверть периода. Из (1.4) максимальное значение ЭДС можно представить как

Разделив Е1m и E2m √2 и подставив ω = 2πf, получим действующие значения ЭДС обмоток трансформатора:

Разделив (1.5) на (1.6), получим

  

Отношение n12 называется коэффициентом трансформации.

Обмотка трансформатора с большим числом витков ( с большим напряжением ) называется обмоткой высшего напряжения (ВН), обмотка с меньшим числом витков ( с меньшим напряжением) – обмоткой низшего напряжения (НН).

В зависимости от способа включения один и тот же трансформатор может работать как повышающий, либо как понижающий.

Виды трансформаторов — Трансформаторы

   Силовой трансформатор . 
   Силовой трансформатор — это трансформатор, который преобразует электроэнергию в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

   Автотрансформатор . 
   Автотрансформатор — трансформатор, где первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4 . Существенным плюсом является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

   Трансформатор тока . 
   Трансформатор тока — трансформатор , первичная обмотка которого подключена к источнику тока .Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации. Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А , 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации.

   Трансформатор напряжения . 
   Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения . Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях РЗиА (релейная защита и автоматика) . Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

   Импульсный трансформатор . 
   Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.

   Разделительный трансформатор . 
   Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или не токоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.

   Пик-трансформатор . 
   Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Трансформаторы напряжения НЛЛ-15 и НЛЛ-35

Образец заполнения заявки на продукцию завода

Требования к оформлению заказов трансформаторов предназначенных на экспорт

Скачать каталог на трансформаторы (pdf; 32 Мб)

Скачать каталог на трансформаторы ТВ (pdf; 3,5 Мб)

Скачать каталог «Трансформаторы для железных дорог» (pdf; 7,6 Мб)

Трансформаторы напряжения НЛЛ-15 и НЛЛ-35

ТУ16 — 2010 ОГГ.671 240.001 ТУ

Руководство по эксплуатации

Версия для печати (pdf)

Требования к оформлению заказов трансформаторов предназначенных на экспорт

Назначение

Трансформаторы предназначены для поверки измерительных трансформаторов напряжения, киловольтметров, а также для питания электрических измерительных приборов в цепях переменного тока на классы напряжения 15 и 35 кВ частоты 50 Гц, преимущественно в лабораториях и на испытательных станциях.

Ответвление с номинальным вторичным напряжением 100/v3 В — для поверки трансформаторов напряжения классов точности 3,0; 3Р и 6Р.

Ответвление с номинальным вторичным напряжением 100 В — для поверки трансформаторов напряжения классов точности 0,05 и менее точных.

Климатическое исполнение «УХЛ», «Т» категории размещения 4.2 по ГОСТ 15150.

Рабочее положение — вертикальное.

Дополнительно:
Трансформаторы НЛЛ-15 с одной вторичной обмоткой имеют условное обозначение:
— НЛЛ-15-1 — с номинальным напряжением вторичной обмотки 100/√3 В;
— НЛЛ-15-2 — с номинальным напряжением вторичной обмотки 100 В.

Трансформаторы НЛЛ-35 с одной вторичной обмоткой имеют условное обозначение:
— НЛЛ-35-2 — с номинальным напряжением вторичной обмотки 100/√3 В;
— НЛЛ-35-3 — с номинальным напряжением вторичной обмотки 100 В.

Трансформаторы НЛЛ-35-1 с одной вторичной обмоткой имеют условное обозначение:
— НЛЛ-35-4 — с номинальным напряжением вторичной обмотки 100/√3 В;
— НЛЛ-35-5 — с номинальным напряжением вторичной обмотки 100 В.

Патентная защита
1. Патент на изобретение № 2089956.

Таблица 1. Технические данные 

Наименование параметра

Значение

НЛЛ-15

НЛЛ-15-1

НЛЛ-15-2

НЛЛ-15-3

НЛЛ-15-4

НЛЛ-35

НЛЛ-35-1

НЛЛ-35-2

НЛЛ-35-3

НЛЛ-35-4

НЛЛ-35-5

Класс напряжения

15

35

Номинальное напряжение первичной обмотки*, В

3000

3300

6000

6300

6600

6900

10000

11000

13800

15000

15750

16000

1000

2000

3000

5000

6000

10000

15000

18000

20000

22000

24000

30000

33000

35000

36000

18000

20000

22000

24000

27000

27500

35000

36000

18000

20000

22000

24000

30000

33000

35000

36000

18000

20000

22000

24000

27000

27500

35000

36000

Номинальное напряжение ответвлений вторичной обмотки, В

100/√3

100

100/√3

100

100/√3

100

100

100/√3

100

100/√3

100

100/√3

100

100

100/√3

100

100

Класс точности:

ответвления 100 В

ответвления 100/√3 В

0,1

0,2**

0,05**

0,05**

0,1

0,2**

0,05**

0,1

0,2**

0,1

0,2**

0,05**

0,05**

0,05**

0,05**

Номинальная мощность в классе точности***, ВА

0; 5; 10; 15

Коэффициент мощности нагрузки

1

Номинальная частота, Гц

50

Схема и группа соединения обмоток

1/1-0

Одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты, кВ

27

54

Масса, кг

65 max

85 max

 

Примечание:
*) Класс точности 0,05 — для исполнения с одним номинальным напряжением вторичной обмотки 100/√3 или 100 В.
**) Поставка только по спецзаказу.
***) В соответствии с заказом могут поставляться с номинальной мощностью не более 10 В•А.

Таблица 2

Исполнение L, мм

L1, мм

H, мм

h2, мм

Масса,
кг

Рис.

НЛЛ-15 403 266 370 358

65

4

НЛЛ-35 448 266 440

424

85

5

НЛЛ-35-I

6

Общий вид трансформатора (чертеж)

Версия для печати (pdf)

Измерительные трансформаторы

В ячейках распределительного устройства (РУ), через которые подключаются к сборным шинам линия, генератор, силовой трансформатор, устанавливают трансформаторы тока (обозначение на схемах ТА), а на каждой секции сборных шин и на выводах генераторов — трансформаторы напряжения (TV). При соответствующем подборе коэффициентов трансформации этих измерительных устройств ток в любой цепи можно измерить обычным амперметром, рассчитанным на 5 А, а напряжение — вольтметром, рассчитанным на 100 В.


Рис. 1. Принципиальная схема (а) и устройство (б) трансформатора тока, предназначенного для внутренней установки:
1.2 — соответственно первичная и вторичная обмотки; 3, 5 — кольцевые сердечники; 4 — фарфоровый изолятор; W — ваттметр; Л — амперметр; КА — реле

В электроустановках трансформаторы тока (ТТ) предназначены для питания токовых катушек измерительных приборов и реле, а трансформаторы напряжения (ТН) — катушек напряжения измерительных приборов и аппаратов защиты, измерения и контроля за напряжением. При этом измерительные приборы надежно изолированы от высокого напряжения, гак как в трансформаторах нет электрической связи между обмотками высокого и низкого напряжения. Вторичные обмотки ТТ и ТН заземляют, чтобы предотвратить появление высокого напряжения на измерительных приборах в случае аварийного пробоя изоляции между обмотками высокого и низ- кош напряжения измерительного трансформатора.

Первичная обмотка /трансформатора тока (рис. 1), представляющая собой стержень, шину или катушку, проходит внутри фарфорового изолятора 4, на который надеты кольцевые сердечники 3, 5 (один или два). Сердечники изготовляют из спиральной стальной ленты, свернутой в виде кольца. На каждый сердечник намотана вторичная обмотка 2 из медного изолированного провода. Трансформаторы тока имеют однофазное исполнении. В РУ применяют ТТ классов точности 0,5; 1;3.


Рис. 2. Стержневой трансформатор типа ТПОЛ-10:
1 — зажимы; 2— приливы для крепления трансформатора; 3, 5 — магнитопроволы; 4 — основание; 6— блок
I — первичная обмотка; 2 — магнитопроводы; 3— монолитный блок; 4 — фланец; 5 — зажимы

Конструктивное исполнение ТТ весьма разнообразно. Различают одно- и многовитковые ТТ. Среди одновитковых наибольшее распространение получили стержневые, шинные и встроенные ТТ.
Стержневые ТТ изготавляют на напряжение до 35 кВ и номинальный первичный ток от 400 до 1 500 А. В качестве примера на рис. 2  показан трансформатор типа ТПОЛ-10 (П — проходной, О — одновитковый, Л — с литой изоляцией) на номинальное напряжение 10 кВ. Первичная обмотка 7 выполнена в виде прямолинейного стержня с зажимами на концах. На стержень поверх изоляции надеты два кольцевых магнитопровода 2 с вторичными обмотками. Магнитопроводы вместе с первичной и вторичной обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют монолитный блок 3 в виде проходного изолятора. Блок снабжен фланцем 4 из силумина с отверстиями под болты для крепления трансформатора. Зажимы 5 вторичных обмоток расположены на боковом приливе блока.

 


Рис. 3. Шинный трансформатор типа ТШЛ-20:

Шинные ТТ класса точности 0,5 изготовляют на напряжение до 20 кВ и номинальный первичный ток до 18 000 А. При таком большом токе целесообразно использовать в качестве первичной обмотки проводник (шину, пакет шин) соответствующей электроустановки. При этом устраняются зажимы первичной обмотки с контактными соединениями. В качестве примера на рис.  3 показан трансформатор тока типа ТШЛ-20 (LL1 — шинный) на напряжение 20 кВ. Магнитопроводы J и 5 с вторичными обмотками залиты эпоксидным компаундом и образуют изоляционный блок 6. Блок соединен с основанием 4 и приливами 2для крепления трансформатора. Проходное отверстие (окно) трансформатора рассчитано на установку шин. Зажимы 7 вторичных обмоток расположены над блоком 6.

Рис. 4. Многовитковые трансформаторы тока типов ТПЛ-10 (а), ТФНД (б) и ТФНД (в):
Л\, Л2 — соответственно ввод и вывод шины со стороны высшего напряжения; И1, И2  — выводы обмотки со стороны низшего напряжения
Многовитковые ТТ изготовляют для всей шкалы номинальных напряжений на первичный номинальный ток силой 100… 1600 А.
Для напряжений 6… 10 кВ выпускают ТТ с эпоксидной изоляцией. На рис.4, а показан ТТ типа ТПЛ-10 на напряжение 10 кВ.
Для напряжений 35…220 кВ изготовляют ТТ наружной установки с масляной изоляцией типов ТФН, ТФНД (Ф — с фарфоровым кожухом, Н — для наружной установки, Д — с обмоткой для релейной защиты) (рис. 4, б, в).
Схемы включения трансформаторов тока приведены на рис. 5.
Защита кабельных линий от однофазных замыканий на землю часто осуществляется с помощью трансформатора тока нулевой последовательности (типа ТНП или ТНП-Ш), имеющим кольцеобразную или прямоугольную форму. Трансформатор (рис. 6) надевается на защищаемый кабель. К обмотке трансформатора подключается защитное реле КА.
Трансформатор напряжения (рис. 7) конструктивно во многом похож на силовой трансформатор небольшой мощности для той же ступени напряжения. Номинальное напряжение вторичных обмоток ТН составляет 100 В. Для установки в РУ используются ТН классов точности 0,5; 1 и 3.


Рис. 5. Схемы включения трансформатора тока для измерения тока в одной (а), двух (б) и трех (в) фазах

Рис. 7. Трансформатор напряжения

Рис. 6. Кабельный трансформатор тока нулевой последовательности

Трансформаторы напряжения выпускаются на все стандартные напряжения от 0,5 до 500 кВ. Для напряжений до 3 кВ ТН выполняются сухими, для 6 кВ и выше — масляными. Трансформаторы на напряжение 35 кВ и выше изготовляют для наружной установки. Схемы включения ТН приведены на рис. 8.

Рис. 8. Схемы включения трансформаторов напряжения:
а — трехфазного трехстержневого; б — двух однофазных; в — трех однофазных; г— трехфазного пятистержневого

Напряжения проводов относительно земли используют для релейной защиты, а также для сигнализации об однофазных замыканиях в сетях, где повреждения этого вида не требуют автоматического отключения и могут быть длительными (сети с изолированной нейтралью).
В схемах, приведенных на рис. 8, при отсутствии замыкания на землю вольтметры показывают фазное напряжение, а при замыкании на землю одной из фаз показание вольтметра этой фазы близко к нулю. Показания двух других вольтметров близки к значениям линейных напряжений.
Трансформатор на рис. 8, г содержит две вторичные обмотки, одна из которых служит для измерений фазных и линейных напряжений. Вторая обмотка соединена в разомкнутый треугольник, на концах которого напряжение равно нулю при нормальном состоянии сети, так как сумма трех фазных ЭДС, индуктируемых в дополнительных обмотках, равна нулю.
При однофазном замыкании в сети на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение, соответствующее тройному напряжению нулевой последовательности.
Реле, подключенное к обмотке, подает сигнал о неисправности сети. Число витков на фазу дополнительной обмотки выбирают таким образом, чтобы при замыкании в сети напряжение на ее зажимах составляло около 100 В.

трансформатор

Подобное соотношение получило название коэффициента трансформации. Следовательно, коэффициент трансформации любого трансформатора можно найти как: Если к трансформатору подключить нагрузку, то первичная обмотка будет потреблять ту же мощность(если пренебречь малыми потерями), что и вторичная. Т.е., если, скажем, ко вторичной обмотке с напряжением 12В вы подключите 12-вольтовую лампочку мощностью 60Вт, то ваш электросчетчик воспримет это будто бы к сети 220В подключена лампа 60Вт. А расчеты здесь таковы. Во вторичной обмотке ток составит 60Вт/12В=5А. В первичной обмотке трансформатора, а значит и через счетчик ток составит 60Вт/220В=0,27А. Из этого следует соотношение токов в обмотках: Следовательно, с помощью трансформатора можно получать высокие напряжения и малую силу тока, а также низкое напряжение и большую силу тока. В качестве КПД трансформатора принимают отношение мощности во вторичной обмотке к мощности в первичной:.
КПД трансформатора всегда большой и составляет обычно от 96% до 99%. Отклонение от идеального случая, когда КПД=100%, объясняются потерями в самом трансформаторе. Например, ввиду того, что обмотки выполняются медными, а значит обладают каким-то сопротивлением, происходит их нагревание при прохождении тока.
В самом сердечнике трансформатора возникают потери от так называемых вихревых токов. Снижают эти потери тем, что набирают сердечник из отдельных изолированных друг от друга лаком листов.
Также в материале сердечника элементарные магнитики (атомы) постоянно поворачиваются в направлении переменного магнитного поля, обусловленного переменным напряжением (током). На это идут затраты энергии, которые называют затратами на гистерезис. Их снижают путем выполнения сердечника из материала, который требует незначительных затрат энергии на перемагничивание. Обычно для этих целей служит специальная электротехническая сталь.

Еще один вопрос, который часто возникает о трансформаторах — это питание нагрузки от нескольких трансформаторов, включенных параллельно. Такая идея возникает, когда мощности одного имеющегося трансформатора недостаточно для питания нагрузки. Для этого необходимо знать условия параллельной работы. Для включения на параллельную работу трансформаторы должны иметь:

1)одинаковые коэффициенты трансформации(либо с разницей не более 0,5%), иначе между их вторичными обмотками будет циркулировать уравнительный ток, который даже при небольшой разнице в коэффициентах трансформации может привести к опасному перегреву;

2)одинаковые напряжения короткого напряжения uk, %, иначе они не смогут делить нагрузку пропорционально своим мощностям. Т.е. одни трансформаторы будут недогружены, а другие перегружены. Обычно эта величина указана в паспорте трансформатора. Однако, если величина напряжения короткого замыкания все же не известна, надо ориентироваться по мощностям применяемых трансформаторов. Они не должны отличаться между собою более чем на 10%;

3)для 3-х фазных трансформаторов необходимо еще условие соблюдения одинаковой группы соединений. Однако, такая необходимость очень редка, поэтому мы ее пропустим. Но на всякий случай знать это необходимо.

Что такое трансформаторы и как их использовать?

Введение в модели, которые произвели революцию в обработке естественного языка за последние несколько лет.

Фото Арсения Тогулева на Unsplash

Одной из инноваций, которая за последние три года подняла обработку естественного языка на новый уровень, стала разработка трансформеров. И нет, я не говорю о гигантских роботах, превращающихся в автомобили в знаменитой серии фантастических фильмов режиссера Майкла Бэя.

Преобразователи — это полууправляемые модели машинного обучения, которые в основном используются с текстовыми данными и заменили рекуррентные нейронные сети в задачах обработки естественного языка. Цель этой статьи — объяснить, как работают преобразователи, и показать, как вы можете использовать их в своих собственных проектах машинного обучения.

Трансформеры были первоначально представлены исследователями Google в документе NIPS 2017 года Attention is All You Need . Преобразователи предназначены для работы с данными последовательности и будут принимать входную последовательность и использовать ее для создания выходной последовательности по одному элементу за раз.

Например, трансформер можно использовать для перевода предложения на английском языке в предложение на французском языке. В этом случае предложение в основном рассматривается как последовательность слов. Преобразователь имеет два основных сегмента: первый представляет собой кодировщик , который в основном работает с входной последовательностью, а второй представляет собой декодер , который работает с целевой выходной последовательностью во время обучения и предсказывает следующий элемент последовательности. Например, в задаче машинного перевода преобразователь может брать последовательность слов на английском языке и итеративно предсказывать следующее французское слово в правильном переводе до тех пор, пока предложение не будет полностью переведено.На приведенной ниже диаграмме показано, как собирается трансформатор: энкодер слева и декодер справа.

Схема трансформатора. Источник изображения: Внимание — это все, что вам нужно.

Похоже, что на приведенной выше диаграмме многое происходит, поэтому давайте рассмотрим каждый компонент отдельно. Особенно важными частями преобразователя являются вложения, блок позиционного кодирования и блоки внимания с несколькими головками.

Внедрение входных и выходных данных

Если вы когда-либо работали с вложениями слов с использованием алгоритма Word2Vec, вложения на входе и выходе — это просто встраивание слоев.Слой внедрения берет последовательность слов и изучает векторное представление для каждого слова.

Словесное встраивание предложения с 5-мерными векторами для каждого слова. Изображение автора.

На изображении выше было создано встраивание слова для предложения «быстрая коричневая лиса перепрыгнула через ленивую собаку». Обратите внимание, как предложение с девятью словами было преобразовано в матрицу встраивания 9 x 5.

Алгоритм Word2Vec использует большую выборку текста в качестве обучающих данных и изучает встраивание слов с помощью одного из двух алгоритмов:

  • Непрерывный набор слов (CBOW) середине предложения, используя слова окружающего контекста.
  • Модель Skip-gram — в этом случае алгоритм действует противоположно CBOW и предсказывает распределение контекстных слов от центрального слова.

Word2Vec использует неглубокую нейронную сеть только с одним скрытым слоем, чтобы делать эти прогнозы. Векторы слов исходят из весов, полученных в скрытом слое, и используются для представления семантического значения каждого слова по отношению к другим словам. Идея Word2Vec заключается в том, что слова со схожими значениями будут иметь схожие векторы встраивания.Более подробное объяснение этого алгоритма см. в этих конспектах лекций из Стэнфордского класса НЛП.

Из этого описания важно понять, что входное и выходное встраивание берут текстовый документ и создают матрицу встраивания с вектором встраивания для каждого слова.

Позиционное кодирование

Блок позиционного кодирования применяет функцию к матрице внедрения, которая позволяет нейронной сети понять относительное положение каждого вектора слова, даже если матрица была перемешана.Это может показаться незначительным, но вы поймете, почему это важно, когда я подробно опишу блоки внимания.

Блоки позиционного кодирования вводят информацию о положении каждого вектора слова путем объединения функций синуса и косинуса различных длин волн/частот с этими векторами, как показано в приведенных ниже уравнениях.

Уравнения для синусоидальных и косинусоидальных позиционных вложений.

Учитывая приведенные ниже уравнения, если мы рассмотрим входные данные с 10 000 возможных позиций, блок позиционного кодирования добавит значения синуса и косинуса с длинами волн, которые геометрически увеличиваются от 2𝝅 до 10000*2𝝅.Это позволяет нам математически представить относительное положение векторов слов, чтобы нейронная сеть могла научиться распознавать различия в положении.

Multi-Head Attention

Многоголовочный блок Attention — главное нововведение в трансформерах. Вопрос, на который призван ответить блок внимания, : на каких частях текста должна быть сфокусирована модель? Именно поэтому его называют блоком внимания. Каждый блок внимания принимает три входные матрицы:

  • Матрица запроса Q размерности n .
  • Ключевая матрица, K , размером n .
  • И матрица значений, V, m .

Эту концепцию лучше всего объяснить на практическом примере. Допустим, в матрице запроса есть значения, представляющие предложение на английском языке, например «быстрая коричневая лисица прыгнула». Допустим, наша цель — перевести это предложение на французский язык. В этом случае преобразователь выучит веса для отдельных английских слов в ключевой матрице, а матрица запроса будет представлять фактическое входное предложение.Вычисление скалярного произведения матрицы запроса и ключа известно как само-внимание и дает результат, который выглядит примерно так.

Визуальное представление скалярного произведения матрицы запроса и ключа. Изображение автора.

Обратите внимание, что ключевая матрица содержит представления каждого слова, а скалярное произведение, по сути, представляет собой матрицу показателей сходства между матрицей запроса и ключевой матрицей. Эти оценки позже масштабируются на путем деления матрицы скалярного произведения на квадратный корень из числа измерений в матрицах ключа и запроса.Функция активации softmax применяется к масштабированным оценкам для преобразования их в вероятности. Эти вероятности называются весами внимания, которые затем умножаются на на матрицу значений x для получения окончательного результата блока внимания. Конечный результат блока внимания определяется с помощью следующего уравнения:

Уравнение для выхода внимания.

Обратите внимание, что n ранее определялось как количество измерений в матрице запроса ( Q ) и ключевой матрице ( K ).Матрицы ключа и значения представляют собой изученные параметры, а матрица запроса определяется векторами входных слов. Также важно отметить, что слова предложения передаются в преобразователь одновременно, и концепция последовательного порядка, присутствующая в LSTM, не так очевидна для преобразователей. Вот почему упомянутые ранее блоки позиционного кодирования важны. Они позволяют блокировать внимание, чтобы понять относительное положение слов в предложениях.

Один блок внимания может указать модели обратить внимание на что-то конкретное, например, на время в предложении.Добавление нескольких блоков внимания позволяет модели обращать внимание на различные языковые элементы, такие как часть речи, время, существительные, глаголы и т. д.

Add & Norm

Этот уровень просто берет выходные данные из блока внимания с несколькими головками, складывает их вместе и нормализует результат с помощью нормализации слоя. Если вы слышали о пакетной нормализации, нормализация слоя аналогична, но вместо нормализации входных объектов по размерам пакета она нормализует входные данные для слоя по всем объектам.

Уровень прямой связи

Этот уровень требует очень небольшого пояснения. Это просто один полносвязный слой нейронной сети с прямой связью. Слой прямой связи работает с выходными векторами внимания и учится распознавать в них закономерности.

Теперь, когда мы рассмотрели каждый из строительных блоков преобразователя, мы можем увидеть, как они сочетаются друг с другом в сегментах кодера и декодера.

Энкодер

Энкодер сегмент трансформатора.

Энкодер — это часть преобразователя, которая выбирает, на каких частях ввода сосредоточить внимание.Кодер может взять такое предложение, как «быстрая коричневая лиса прыгнула», вычислить матрицу встраивания, а затем преобразовать ее в серию векторов внимания. Блок внимания с несколькими головками сначала создает эти векторы внимания, которые затем добавляются и нормализуются, передаются на полносвязный уровень (прямая связь на диаграмме выше) и снова нормализуются перед передачей в декодер.

Дешифратор

Дешифратор сегмента трансформатора.

Во время обучения декодер работает непосредственно с целевой выходной последовательностью.В нашем примере предположим, что целевой вывод — это французский перевод английского предложения «быстрая коричневая лисица прыгнула», что на французском языке переводится как «le renard brun Rapide a sauté». В декодере для каждого французского слова в предложении вычисляются отдельные векторы встраивания, а также применяется позиционное кодирование в виде функций синуса и косинуса.

Однако используется блок внимания в маске , что означает, что используется только предыдущее слово во французском предложении, а остальные слова маскируются.Это позволяет преобразователю научиться предсказывать следующее французское слово. Выходные данные этого замаскированного блока внимания суммируются и нормализуются перед передачей другому блоку внимания , который также получает векторы внимания, созданные кодером.

Сеть прямой связи получает окончательные векторы внимания и использует их для создания единого вектора с размерностью, равной количеству уникальных слов в словаре модели. Применение функции активации softmax к этому вектору дает набор вероятностей, соответствующих каждому слову .В контексте нашего примера эти вероятности предсказывают вероятность того, что каждое французское слово появится следующим в переводе. Вот как трансформер выполняет такие задачи, как машинный перевод и генерация текста. Как показано на рисунке ниже, преобразователь итеративно предсказывает следующее слово в переведенном предложении при выполнении задач перевода.

Преобразователь итеративно предсказывает следующее слово в задачах машинного перевода. Изображение автора.

Common Transformer Architectures

За последние несколько лет несколько архитектур, основанных на базовом преобразователе, представленном в документе 2017 года, были разработаны и обучены для сложных задач обработки естественного языка.Некоторые из наиболее распространенных моделей трансформеров, созданных в последнее время, перечислены ниже:

Трансформеры определенно полезны и по состоянию на 2020 год считаются самыми современными моделями НЛП. Но их реализация кажется довольно сложной для среднего специалиста по машинному обучению. К счастью, HuggingFace реализовал пакет Python для трансформеров, который действительно прост в использовании. Это с открытым исходным кодом, и вы можете найти его на GitHub.

Чтобы установить пакет трансформаторов, выполните следующую команду pip:

 pip install transforms 

Обязательно установите библиотеку в виртуальной среде в соответствии с инструкциями, представленными в репозитории GitHub.Этот пакет позволяет не только использовать предварительно обученные современные преобразователи, такие как BERT и GPT, для стандартных задач, но и позволяет настраивать их для собственных задач. Рассмотрим некоторые из приведенных ниже примеров.

Анализ настроений с помощью преобразователей

Пакет преобразователей от HuggingFace имеет очень простой интерфейс, предоставляемый модулем конвейера , который позволяет легко использовать предварительно обученные преобразователи для стандартных задач, таких как анализ настроений. Рассмотрим пример ниже.

 from transforms import pipe 
classifier = pipe('sentiment-analysis')
classifier('Бэтмен: Начало - отличный фильм! Поистине классика!')

Выполнение этого кода создает словарь, указывающий тональность текста.

 [{'label': 'POSITIVE', 'score': 0.9998838305473328}] 

Ответы на вопросы с помощью Transformers

Мы также можем использовать модуль конвейера для ответов на вопросы с некоторой контекстной информацией, как показано в примере ниже.

 из конвейера импорта трансформаторов 
question_answerer = pipe('вопрос-ответ')
question_answerer({
'вопрос': 'Как зовут мою собаку?',
'контекст': 'У меня есть собака по имени Сэм. Он любит гоняться за кошками по соседству.'})

Выполнение кода приводит к результату, показанному ниже.

 {'счет': 0.9

0805740356, 'начало': 19, 'конец': 22, 'ответ': 'Сэм'}

Интересно, что трансформер не только дает нам ответ на вопрос об имени собаки но также сообщает нам, где мы можем найти ответ в строке контекста.

Перевод

В этой статье я привел пример перевода английских предложений на французский, чтобы продемонстрировать, как работают трансформеры. Модуль конвейера, как и ожидалось, позволяет нам использовать модели преобразования для перевода текста с одного языка на другой, как показано ниже.

 из конвейера импорта трансформаторов 
переводчик = конвейер('translation_en_to_fr')
переводчик("Быстрая коричневая лисица прыгнула")

Выполнение приведенного выше кода приводит к французскому переводу, показанному ниже.

 [{'translation_text': 'Le renard brun Rapide saute.'}] 

Суммирование текста

Мы также можем использовать преобразователи для суммирования текста. В приведенном ниже примере я использовал преобразователь T5, чтобы резюмировать знаменитую речь Уинстона Черчилля «Никогда не сдавайся» в 1941 году в одно из самых мрачных времен Второй мировой войны.

 из трансформаторовtxt').read() 
summaryr(speech, min_length=50, max_length=100)

Выполнение приведенного выше кода приводит к получению приведенного ниже краткого и красиво сформулированного резюме.

 [{'summary_text': 'год назад мы стояли совсем одни, и многим странам казалось, что наш счет закрыт, с нами покончено и ликвидировано . сегодня мы можем быть уверены, что нам нужно только проявить настойчивость, чтобы победить. не будем говорить о темных днях; это великие дни — величайшие дни, которые когда-либо жила наша страна.'}] 

Тонкая настройка преобразователей для классификации текста

Мы также можем точно настроить предварительно обученные преобразователи для задач классификации текста, используя трансферное обучение.В одной из своих предыдущих статей я использовал рекуррентные сверточные нейронные сети для классификации фейковых новостных статей.

В приведенном ниже примере я использовал предварительно обработанную версию того же набора данных о фальшивых новостях для обучения модели преобразователя BERT обнаружению фальшивых новостей. Для точной настройки моделей требуется несколько дополнительных шагов, поэтому приведенный мной пример кода понятен, но немного сложнее, чем в предыдущих примерах. Нам нужно не только импортировать модель преобразователя, но и токенизатор, который может преобразовать текстовый документ в серию целочисленных токенов, соответствующих разным словам, как показано на изображении ниже.

шагов, выполненных токенизатором.

Обратите внимание, что приведенный ниже код выполнялся на экземпляре графического процессора в AWS SageMaker, поскольку процесс обучения требует значительных вычислительных ресурсов. Если вы планируете запускать этот код самостоятельно, я бы рекомендовал использовать графический процессор.

В приведенном выше коде много чего происходит, поэтому вот обзор шагов, которые я выполнил в процессе тонкой настройки преобразователя BERT:

  1. Загрузил предварительно обученную модель преобразователя BERT и инициализировал ее для задач двоичной классификации. .
  2. Загружен токенизатор BERT для кодирования текстовых данных в виде серии целочисленных токенов, соответствующих каждому слову.
  3. Прочитайте набор данных поддельных новостей с помощью панд и разделите его на наборы для обучения и проверки.
  4. Закодировал текст для данных обучения и проверки с помощью токенизатора BERT и использовал эти данные для создания наборов данных TensorFlow для обучения и проверки.
  5. Задайте параметры модели и обучите ее для одной эпохи в наборе обучающих данных.

Код выдал следующий результат после завершения процесса обучения:

 3238/3238 [=========================== ==] - 3420 с 1 с/шаг - потеря: 0.1627 - точность: 0,9368 - val_loss: 0,1179 - val_accuracy: 0,9581 

Точно настроенная модель BERT достигла точности проверки 95,81 процента всего за одну эпоху обучения, что весьма впечатляет. При большем количестве эпох обучения можно достичь еще более высокой точности проверки.

  • Преобразователи — это мощные модели глубокого обучения, которые можно использовать для широкого спектра задач обработки естественного языка.
  • Пакет трансформеров, предоставленный HuggingFace, позволяет разработчикам очень легко использовать современные трансформеры для стандартных задач, таких как анализ тональности, ответы на вопросы и суммирование текста.
  • Вы также можете настроить предварительно обученные преобразователи для своих собственных задач обработки естественного языка.

Как обычно, полный код этой статьи доступен на GitHub.

  1. А. Васвани, Н. Шазир и др. al, Внимание — это все, что вам нужно, (2017), 31-я конференция по нейронным системам обработки информации.
  2. Ф. Чаубар, М. Фанг и др. al, Word Vectors I: Introduction, SVD и Word2Vec, (2019), CS224n: Обработка естественного языка с конспектами лекций по глубокому обучению, Стэнфордский университет.
  3. Дж. Девлин, М. В. Чанг, К. Ли и К. Тутанова, BERT: предварительная подготовка глубоких двунаправленных преобразователей для понимания языка, (2018 г.), arXiv.org.
  4. В. Санх, Л. Дебют, Дж. Шомонд и Т. Вольф, DistilBERT, дистиллированная версия BERT: меньше, быстрее, дешевле и легче, (2019 г.), arXiv.org.
  5. К. Раффел, Н. Шазир, и др. al, Изучение ограничений трансферного обучения с помощью унифицированного преобразователя текста в текст, (2019 г.), arXiv.org.
  6. А. Рэдфорд, Дж. Ву, и др.al, «Языковые модели — многозадачные учащиеся без присмотра», (2019), OpenAI.

Что такое трансформеры?. Джон Инакей, Майкл Ван и Уайли… | Автор: Deep Gan Team

Джон Инакей, Майк Ван и Уайли Ван (Все авторы внесли одинаковый вклад)

  1. Почему трансформеры важны?

Трансформеры штурмом захватили мир обработки естественного языка (NLP) и глубокого обучения. Эта архитектура модели нейронной сети была представлена ​​в статье Attention Is All You Need в 2017 году как альтернативный механизм внимания и быстро стала доминирующей техникой обработки естественного языка.BERT от Google и GPT-3 от OpenAI — это современные языковые модели, преимущественно основанные на архитектуре Transformer.

До того, как была представлена ​​архитектура преобразователя, НЛП использовало множество различных моделей для каждой задачи НЛП. Теперь принято использовать только одну модель в качестве основы для решения множества различных задач. По аналогии с областью компьютерного зрения сверточные нейронные сети (CNN) обычно используются для таких задач, как обнаружение объектов, классификация изображений и сегментация экземпляров.CNN, которая обеспечивает основу для сети, обычно извлекает функции промежуточного уровня, такие как края и пятна в изображении. Эти функции промежуточного уровня обычно полезны для многих различных задач компьютерного зрения, которые позволяют пользователям применять одну и ту же сеть, используя перенос обучения, для решения множества различных задач. Точно так же архитектуры преобразования, такие как BERT, обычно извлекают функции промежуточного уровня, такие как синтаксис и встраивание слов, которые полезны для многих различных задач, таких как классификация тональности и машинный перевод.Архитектуры-трансформеры, такие как BERT, позволяют пользователям применять одну и ту же предварительно обученную сеть для решения новых задач и достигать значительно более высокой производительности, чем раньше.

2. Что такое внимание? А как это работает в Трансформерах?

Модели внимания — это сети, которые вводят взвешивание сигналов на основе их важности. В качестве языкового примера рассмотрим из Cheng et Al., 2016 предложение «ФБР преследует преступника в бегах». При чтении предложения особое внимание уделяется определенным словам из-за контекста с отношением текущего слова.При чтении слова «преступник», «ФБР» и «преследование» имеют сильный вес наряду с непосредственно рядом стоящими словами. Читатель может неосознанно делать это во время чтения, но нейронная сеть должна будет специально спроектировать его части, чтобы воспроизвести это внимание к определенным словам.

Внимание как модельный механизм пытается воспроизвести это фокусирование релевантной информации в качестве сигнала в рамках сетевой архитектуры. Трансформеры достигают этого, используя масштабированное точечное произведение внимания для расчета фокуса как вектора «оценок» важности.Давайте предложим нейронную сеть, состоящую из сети кодирования для преобразования ввода в промежуточное вложение и сети декодирования для вывода для задачи.

Допустим, у нас есть s_t как скрытое состояние декодера и h_i как скрытое состояние кодировщика, мы можем сформулировать его как скалярное произведение между ними. Мы масштабируем его по размерам вектора n, так как простое скалярное произведение может вызвать проблему с softmax, используемым дальше по сети, вызывая чрезвычайно маленькие градиенты. С этой формулировкой мы получаем функцию Scaled Dot Product.(См. этот пост для получения дополнительной информации о внимании)

Transformers использует эту масштабированную оценку скалярного произведения, имея 3 обучаемых слоя веса, которые применяются к одному и тому же закодированному вводу. Эти выходные данные называются вложениями ключа (K), запроса (Q) и значения (V) размерности d_k. Вложения Key и Query предназначены для s_t и h_i из формулы масштабированного скалярного произведения. Мы получаем баллы в качестве входных данных для softmax, и итоговое вложение внимания выглядит следующим образом:

3. Что такое Time2Vec?

В последовательности преобразователя для последовательности сети нам часто нужно кодировать время или положение.В исходном преобразователе эти векторы кодируют положение слов и расстояния между ними. Их можно добавлять или объединять с вложениями слов.

В статье 2019 года «Time2Vec: изучение векторного представления времени» изучается вектор времени. Функция времени построена так, чтобы удовлетворять следующим свойствам; периодичность, инвариантность к масштабированию времени и простота.

Где i — i-й элемент, а τ — понятие времени. В нейронной сети он представлен как изученный слой.

Исходное кодирование положения трансформатора имеет схожие цели. Наглядный пример из «Иллюстрированного трансформатора» выглядит следующим образом:

4. Как вы используете BERT?

Трансферное обучение широко используется как в области компьютерного зрения, так и в области обработки естественного языка. В случае использования архитектур на основе преобразователя, таких как BERT, трансферное обучение обычно используется для адаптации или тонкой настройки сети к новой задаче. Некоторыми примерами потенциальных приложений являются классификация настроений и машинный перевод (перевод с английского на французский).Трансферное обучение — это процесс использования сети, которая уже была предварительно обучена для решения задачи (например, BERT был обучен проблеме языкового моделирования с большим набором данных), и тонкой настройки ее для конкретной задачи. Одним из преимуществ точной настройки существующей сети является то, что для обучения новой задаче часто требуется намного меньше примеров, чем если бы пользователь хотел обучить сеть с нуля. Кроме того, точная настройка сети с использованием трансферного обучения обычно дает значительно более высокую производительность, чем обучение сети с нуля.Эта более высокая производительность предполагает, что функции, изученные в предыдущей задаче, часто по-прежнему полезны и могут быть повторно использованы в новой задаче.

Для задачи обработки естественного языка простым решением было бы взять предварительно обученную нейронную сеть BERT от HuggingFace и применить ее к вашей конкретной задаче. Некоторые примеры приложений, для которых люди могут точно настроить BERT, включают анализ тональности и обнаружение спама. Для реальных задач, требующих более высокой скорости обработки, DistilBERT представляет собой меньшую и более быструю сеть, которая работает на 60 % быстрее, но при этом достигает 95 % производительности оригинального BERT.

5. Масштабируемость

В отличие от рекуррентных нейронных сетей (RNN), таких как Long Short Term Memory (LSTM) и Gated Recurrent Units (GRU), преобразователям не требуется обрабатывать последовательные данные по порядку. До появления Transformers исследователи экспериментировали с добавлением механизма внимания к LSTM и GRU и добились значительного повышения производительности. Люди поняли, что механизм внимания был мощным даже без повторения в RNN, что привело к созданию архитектуры Transformer.Присущая архитектуре возможность распараллеливания позволяет преобразователю масштабироваться намного лучше, чем RNN, по мере увеличения длины входной последовательности. Эта возможность распараллеливания является одним из свойств, позволяющих OpenAI GPT-3 успешно масштабироваться до 175 миллиардов параметров.

6. Что такое DETR ?

Внимание — мощное сетевое представление, которое используется помимо НЛП и последовательности для последовательности проблем. Один из примеров, DETR, показывает его применение в области обнаружения 2D-объектов.

Detection Transformer (DETR) — это сеть обнаружения объектов от Facebook Research, использующая головку Transformer для обнаружения многоклассовых ограничивающих рамок. Поскольку преобразователи генерируют важность для последовательности входных данных в НЛП, они могут генерировать важность для двумерных координат x-y в области CV. DETR кодирует местоположение 2D-кодирования части изображения вместо кодирования времени, такого как Time2Vec.

Модель интересно формулирует проблему иначе, чем традиционные системы обнаружения объектов.Вместо того, чтобы делить изображение на патчи и предлагать определенное количество ограничивающих рамок для каждого патча, сеть выводит заданное количество прямых ограничивающих рамок. Первый подход требует постобработки, такой как немаксимальное подавление, но последний теперь просто требует фильтрации по значению достоверности каждой прямой ограничивающей рамки.

7. Значение Transformers

Архитектура Transformer представляет собой современный уровень обработки естественного языка. Эта архитектура демонстрирует, насколько мощным может быть механизм внимания.Кроме того, присущая преобразователю возможность распараллеливания позволяет нам масштабировать нейронные сети, чтобы они были намного больше и могли обучаться на больших наборах данных. Объединив механизм внимания с повышенной масштабируемостью, преобразователи изменили наше понимание НЛП.

8. Ресурсы

The Illustrated Transformer

HuggingFace Transformers

Наглядное руководство по первому использованию BERT модель обучения)

Time2Vec: изучение векторного представления времени

Прогнозы запасов с помощью современного трансформатора и временных вложений

Что нужно знать об электрических трансформаторах

Электрические трансформаторы представляют собой электрические машины, которые передают электричество из одной цепи в другую с колеблющимся уровнем напряжения и без изменения частоты.Они используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в электроэнергетических приложениях. Но знаете ли вы, как выглядит трансформер? Вполне возможно, что вы видели его раньше, даже не зная, что это такое. Они бывают всех возможных форм и размеров. Электрические трансформаторы — это электрические машины, которые передают электричество из одной цепи в другую с колеблющимся уровнем напряжения и без изменения частоты. Они используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в электроэнергетических приложениях.Но знаете ли вы, как выглядит трансформер? Вполне возможно, что вы видели его раньше, даже не зная, что это такое. Они бывают всех возможных форм и размеров.

Трансформатор представляет собой простое статическое электромагнитное устройство, работающее по принципу электромагнитной индукции в форме взаимной индукции. Взаимная индукция — это процесс, при котором катушка провода магнитно индуцирует напряжение в другой катушке, расположенной рядом с ней. Трансформаторы используются для повышения и понижения уровней напряжения и тока их источника питания.Они используются как для промышленных, так и для жилых помещений. Они в основном используются для распределения электроэнергии на большие расстояния.

Как работают трансформаторы?

Вы когда-нибудь задумывались о том, как работают трансформаторы? Хотя вы можете знать принцип, по которому он работает, не менее важно знать, как он работает. Трансформатор оснащен двумя обмотками, а именно первичной обмоткой и вторичной обмоткой. Первичная обмотка подключена к источнику и потребляет энергию, а вторичная обмотка отдает энергию.Эти две обмотки имеют ламинированный магнитный сердечник.

Теперь, исходя из величины связанного потока между двумя обмотками, можно наблюдать изменения потокосцепления с различной скоростью. Подача переменного напряжения на первичные обмотки приводит к тому, что в сердечнике трансформатора возникает переменный поток.

Это приводит к соединению обеих обмоток, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Во вторичной обмотке ЭДС вызывает появление тока нагрузки, если к ней подключена электрическая нагрузка.Это процесс, посредством которого электрический трансформатор передает мощность переменного тока из одной цепи в другую, преобразуя значение электрической энергии.

Какие существуют типы электрических трансформаторов?

Электрические трансформаторы бывают разных категорий в зависимости от их конечного использования, назначения, конструкции и т. д.

В зависимости от типа конструкции вы можете получить трансформатор с сердечником и трансформатор с оболочкой. В зависимости от типа питания у вас может быть либо однофазный трансформатор, либо трехфазный трансформатор.

В зависимости от назначения вы можете приобрести повышающий трансформатор или понижающий трансформатор. В зависимости от использования существуют силовой трансформатор, распределительный трансформатор, измерительный трансформатор, трансформатор тока, трансформатор напряжения.

На основе охлаждения вы можете иметь маслонаполненные трансформаторы с самоохлаждением, маслонаполненные трансформаторы с водяным охлаждением и трансформаторы с воздушным охлаждением (воздушный дутье) ​​

Что делает электрический трансформатор?

Как было сказано ранее, вы можете использовать электронный трансформатор для понижения или повышения уровня напряжения в цепи переменного тока.Это также увеличивает или уменьшает значение конденсатора или катушки индуктивности в цепи переменного тока. Трансформатор используется, когда нужно изолировать две цепи и предотвратить прохождение постоянного тока из одной цепи в другую.

Электрический трансформатор повышает уровень напряжения на электростанции перед передачей и распределением электроэнергии. Некоторыми приборами, в которых используются электрические трансформаторы, являются насосы, ветряные мельницы, электростанции и т. д.

Заключение

Помимо обеспечения электроэнергией ваших бытовых приборов, электрические трансформаторы оказывают огромное влияние на нашу повседневную жизнь. Выбирая правильный трансформатор для ваших приборов, вы можете увеличить их эффективность и срок службы. Electric Power Inc. — организация, которая производит как стандартные, так и индивидуальные сухие электрические трансформаторы в Канаде. Если вы хотите узнать больше об организации и ее продуктах, не стесняйтесь посетить веб-сайт.

Электрические трансформаторы онлайн: Электрические трансформаторы онлайн

Что такое трансформеры и что они делают?

Компания Nutech Industries — ваш надежный онлайн-продавец электрических устройств для дома и бизнеса.Категорией наших многочисленных продуктов здесь, в Nutech, являются электрические трансформаторы. И, прежде чем вы подумаете, что речь идет о крутых метал-инопланетянах «Трансформерах», уверяем вас, это не так. Речь идет о трансформаторах; электрические устройства, используемые для передачи электрической энергии посредством изменения магнитного поля.
В этом блоге мы углубимся в значение трансформаторов и в то, что они делают для вас с точки зрения мощности и электричества. Если вашему дому или бизнесу нужен электрический трансформатор для большого количества энергии, посетите наш сайт.

Трансформеры для чайников

Как уже говорилось, трансформаторы — это электрические устройства, которые используются для «преобразования» энергии. Вы можете знать или не знать, что мы ежедневно используем переменные напряжения и токи переменного тока в наших домах и на предприятиях. Почему? Ну, энергия, необходимая для питания тостера, отличается от электричества, необходимого для включения вашей духовки. Если бы мы все использовали одинаковое количество электрического тока для всех наших приборов, у нас была бы нехватка электроэнергии, и более мелкие предметы не смогли бы выдержать огромный скачок электричества.Из-за этого некоторые из наших небольших электрических устройств могут выйти из строя и даже взорваться. Круто, правда? Ну технически не круто, но интересно.
Трансформаторы необходимы, потому что нашим электрическим устройствам для работы требуются более низкие электрические токи. Это может показаться немного обратным, но трансформаторы изменяют напряжение до высокого уровня энергии, чтобы снизить силу электрического тока. Звучит довольно отстало, но это правда! Когда электричество имеет более низкое напряжение, оно на самом деле более неустойчиво и неконтролируемо.При более высоком напряжении распределения энергия будет передаваться с более низким током и по-прежнему обеспечивать ту же мощность для сетевых кабелей сети. Меньшие токи означают, что напряжения ниже, безопаснее и подходят для всего электрического оборудования.

Почему они важны?

Как вы понимаете, трансформаторы очень важны. Без них мы никогда не смогли бы использовать силу электричества. С помощью трансформаторов мы можем изменять напряжение для достижения более низких токов. Без этой возможности мы не смогли бы безопасно использовать электричество или вообще не могли бы его использовать! Имея возможность преобразовывать напряжения в более высокие уровни, мы можем использовать более низкие токи для питания всего, что у нас есть.Более того, мы можем передавать ток по сети воздушных и подземных кабелей по всей стране.
Если бы электричеству было позволено перемещаться при более высоких уровнях тока, мощность электричества сожгла бы электрические кабельные сети, которые у нас есть, прежде чем какое-либо электричество сможет путешествовать. Чтобы электричество работало и приводило в действие наши предметы, оно должно преодолевать большие расстояния. Если бы электрические токи сжигали наши кабели, никто бы не получил электроэнергию.

Варианты трансформеров

Существуют различные типы трансформаторов, в зависимости от того, как они преобразуют энергию.Важно помнить, что все трансформаторы используют одни и те же принципы преобразования энергии. Все трансформаторы работают, преобразуя энергию, чтобы ее можно было транспортировать, контролировать и, в конечном итоге, использовать населению. Хотя трансформаторы на самом деле не отличаются друг от друга, различные этапы и методы преобразования меняют формальное название преобразователя.

Трансформатор напряжения

Одними из наиболее распространенных трансформаторов являются трансформаторы напряжения. Это больше электрические компоненты, а не электронные компоненты (да, разница есть).Трансформатор напряжения — это стационарное электромагнитное пассивное электрическое устройство, работающее по закону индукции Фарадея. Этот закон электромагнетизма предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС). Все, что вам нужно знать об этом, это то, что с помощью закона индукции Фарадея трансформаторы могут преобразовывать электрическую энергию из одного значения в другое. Часть этого закона вводит понятие «взаимной индукции», то есть то, что трансформатор по существу делает с напряжением электричества.Взаимная индукция работает, позволяя катушке провода магнитно индуцировать напряжение в другую катушку. Этот трансформаторный процесс преобразования энергии из одной катушки в другую называется однофазным трансформатором напряжения.

Изолирующий трансформатор

Трансформаторы могут работать с использованием катушек проволоки и магнитного железного сердечника. Железо является хорошим проводником электричества, поскольку оно позволяет электрическому току проходить через него. Благодаря использованию магнитного сердечника, сделанного из железа, витки проволоки никогда не должны соприкасаться.Это называется изолирующим трансформатором из-за того, что катушки, подающие и принимающие энергию, никогда не соприкасаются. Итак, как можно преобразовать электричество, если провода никогда не соприкасаются? Ну правда, провода физически не соединены, а магнитом крепятся.

Повышающие и понижающие трансформаторы

Электричество может быть преобразовано в более высокий уровень напряжения или в более низкий уровень напряжения. В зависимости от электричества, потребляемого первой проволочной катушкой, энергия может увеличиваться или уменьшаться.Если трансформатор используется для увеличения напряжения энергии, он называется повышающим трансформатором. Мы используем эту систему для доступа к энергии, которую используем каждый день. Однако есть и понижающий трансформатор. Как вы уже могли догадаться, понижающие трансформаторы используются для понижения уровня напряжения электричества. Существует еще один электрический трансформатор, однако редко используемый, называемый трансформатором импеданса. Этот трансформатор передает энергию от катушки к катушке и не изменяет напряжение электричества.

Nutech Industries: Трансформеры онлайн

Трансформаторы — сложные системы, чрезвычайно ценные для современной жизни. Без работающего трансформатора наши дома и рабочие места не могли бы получить постоянный поток электроэнергии. Что еще более важно, мы не сможем контролировать огромные скачки мощности, необходимые для питания наших городов. Поскольку электричество очень непредсказуемо, это означает, что оно также опасно. Слабые токи позволяют нам использовать электричество и эффективно его использовать.

Посетите веб-сайт Nutech Industries, чтобы приобрести качественные трансформаторы.

Решение проблем безопасности и надежности больших силовых трансформаторов

Крупные силовые трансформаторы (LPT) имеют решающее значение для энергосистемы страны, поскольку в какой-то момент более 90 процентов потребляемой мощности проходит через высоковольтные трансформаторы. Однако LPT сталкиваются с рядом проблем, которые делают их одним из наиболее уязвимых компонентов сети. Они дороги, их трудно транспортировать, и, как правило, они изготавливаются на заказ со сроком поставки один год или дольше.Многие из используемых в настоящее время LPT уже вышли из своего пикового возраста. Кроме того, на LPT могут повлиять природные и техногенные угрозы, с которыми сталкивается национальная сеть, включая суровые погодные условия, космическую погоду и атаки. Потеря критически важных LPT может нарушить работу электроснабжения на большой территории страны. Поскольку национальная безопасность и экономика зависят от надежной подачи электроэнергии, последствия длительных отключений электроэнергии из-за потери одного или нескольких LPT вызывают серьезную озабоченность.

На протяжении многих лет компания OE работала с частными и государственными партнерами над повышением осведомленности и решением проблем внутреннего производства и транспорта посредством разъяснительной и технической помощи.Обеспокоенность по поводу ограниченного внутреннего производства после таких событий, как геомагнитные возмущения (GMD) и электромагнитные импульсы (EMP), обсуждалась на семинаре по рискам высокого воздействия и низкой частоты (HILF) 2009 года и в итоговом отчете. В отчете OE «Большие силовые трансформаторы и электросеть США», первоначально выпущенном в 2012 г. и обновленном в 2014 г., также рассматривается ряд вопросов, связанных с LPT, включая характеристики и закупку LPT, исторические тенденции и будущие потребности, а также риски, связанные с LPT. .

Опираясь на постоянное взаимодействие с заинтересованными сторонами в отрасли, OE разработала стратегию космической погоды для решения проблем, связанных с более широким воздействием экстремальных событий GMD на трансформаторы и надежность сети. Программа OE GMD проанализировала последствия эталонного 100-летнего события GMD, изучила восприимчивость трансформаторов к событиям GMD и развернула датчики для измерения геомагнитно-индуцированных токов (GIC) и усилила усилия по моделированию системы. Эти усилия помогли компании OE внести свой вклад в разработку Национальной стратегии по космической погоде и сопутствующего Плана действий, опубликованного Управлением научно-технической политики Белого дома (OSTP) в 2015 году.OE продолжает работать с OSTP и другими федеральными агентствами и в настоящее время разрабатывает требования и план для предоставления общесистемного представления GIC в режиме реального времени на региональном уровне.

OE также изучает риск ЭМИ и изучает способы смягчения их воздействия на трансформаторы и надежность энергосистемы. В начале 2016 года OE и Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) разработали совместную стратегию устойчивости к электромагнитным импульсам (ЭМИ) для сети и в настоящее время сотрудничают в разработке планов действий по реализации этой стратегии.Кроме того, в настоящее время в национальных лабораториях Министерства энергетики США проводится несколько исследований ЭМИ.

В свете этих угроз, все более сильных ураганов и потенциальных террористических атак в четырехлетнем обзоре энергетики Министерства энергетики за 2015 г. рекомендуется, чтобы «Министерство энергетики возглавило — в координации с DHS и другими федеральными агентствами, штатами и отраслью — инициативу по снижению рисков, связанных с с потерей трансформаторов. Подходы к снижению этого риска должны включать разработку одного или нескольких резервов трансформаторов посредством поэтапного процесса.В ответ на это OE в июле 2015 г. выпустило запрос на информацию, в котором просило прокомментировать возможное создание резерва LPT для поддержки восстановления энергосистемы страны.

2015 г. требует от Министерства энергетики представить Конгрессу план оценки возможности создания стратегического резерва трансформаторов для хранения в стратегически расположенных объектах запасного оборудования в количестве, достаточном для временной замены критически поврежденных LPT.В январе 2016 года компания OE поручила технический компонент этого важного анализа команде, возглавляемой Окриджской национальной лабораторией. В команду проекта вошли исследователи из Университета Теннесси-Ноксвилл, Национальной лаборатории Сандия, EPRI и Dominion Virginia Power. Отчет о стратегических резервах трансформаторов для Конгресса доступен ЗДЕСЬ.

Помимо информационно-разъяснительной работы, мониторинга, технической помощи и анализа OE также поддерживает исследования и разработку инновационных решений.Например, OE и промышленность призвали Министерство внутренней безопасности (DHS) профинансировать разработку концепции восстанавливающего трансформатора, которая ускорит время, необходимое для замены поврежденного LPT. DHS завершила проект Recovery Transformer (RecX) в сотрудничестве с EPRI, ABB, CenterPoint Energy и DOE в марте 2013 года. Проект включал год полевых испытаний.

Другие текущие исследования включают в себя усилия в рамках программы OE Transformer Resilience and Advanced Components (TRAC).Портфель программ TRAC включает в себя моделирование, тестирование и разработку компонентов для расширения возможностей трансформаторов и других критически важных компонентов сети, чтобы обеспечить более устойчивую сеть в будущем. Объявление о возможностях финансирования «Трансформаторы нового поколения — гибкие конструкции», выпущенное в июне 2016 года, было сосредоточено на новых концепциях проектирования, которые способствуют большей стандартизации для расширения возможностей совместного использования LPT в случае потери одного или нескольких трансформаторов. 28 сентября 2016 года пополнение на сумму более 1 доллара США.Было объявлено о новом финансировании в размере 5 миллионов долларов, которое позволит корпорациям, малым предприятиям и академическим учреждениям в Джорджии, Иллинойсе, Нью-Йорке и Северной Каролине создавать новые конструкции, которые помогут производить LPT следующего поколения.

Кроме того, через GMLC группа под руководством Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса была выбрана для проведения моделирования и тестирования трансформаторов с целью улучшения понимания уязвимости к воздействию событий GMD и EMP.Проверенные модели можно использовать для улучшения конструкции LPT и производственных требований. Другая команда, возглавляемая Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией и ORNL, была выбрана для разработки и оценки новых стратегий управления для систем постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для уменьшения перегрузок и петлевых потоков, а также для обеспечения синтетической инерции. Возможности, разработанные в рамках этого проекта, могут быть применены для изменения потоков мощности в системе во время аварийных ситуаций, чтобы минимизировать критичность подстанций и связанных с ними LPT.

По мере того, как мы продолжаем решать этот важный аспект помощи в обеспечении надежности и отказоустойчивости национальной сети с помощью различных мероприятий, постоянное сотрудничество с коммунальными службами, научными кругами, поставщиками оборудования, регулирующими органами и другими заинтересованными сторонами имеет жизненно важное значение.

 

Практические рекомендации — трансформаторы | Трансформеры

Мощность

Как уже отмечалось, трансформаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы обеспечить приемлемую мощность, жесткую регулировку напряжения и низкое искажение тока возбуждения.Кроме того, трансформаторы должны быть спроектированы так, чтобы без проблем выдерживать ожидаемые значения тока первичной и вторичной обмотки.

Это означает, что проводники обмотки должны быть изготовлены из проволоки соответствующего сечения, чтобы избежать проблем с нагревом.

Идеальный трансформатор

Идеальный трансформатор должен иметь идеальную связь (отсутствие индуктивности рассеяния), идеальное регулирование напряжения, идеально синусоидальный ток возбуждения, отсутствие потерь на гистерезис или вихревые токи, а также достаточно толстый провод, чтобы выдерживать любой ток.К сожалению, идеальный трансформатор должен быть бесконечно большим и тяжелым, чтобы соответствовать этим конструктивным целям.

Таким образом, в бизнесе практичной конструкции трансформатора необходимо идти на компромиссы.

Кроме того, изоляция проводника обмотки представляет собой проблему, когда встречаются высокие напряжения, поскольку они часто возникают в повышающих и понижающих силовых распределительных трансформаторах.

Не только обмотки должны быть хорошо изолированы от железного сердечника, но и каждая обмотка должна быть достаточно изолирована от другой, чтобы поддерживать электрическую изоляцию между обмотками.

Номинальные характеристики трансформатора

С учетом этих ограничений трансформаторы рассчитаны на определенные уровни напряжения и тока первичной и вторичной обмотки, хотя номинальный ток обычно определяется номиналом вольт-ампер (ВА), присвоенным трансформатору.

Например, возьмите понижающий трансформатор с номинальным первичным напряжением 120 вольт, номинальным напряжением вторичной обмотки 48 вольт и номиналом ВА 1 кВА (1000 ВА). Максимальные токи обмотки можно определить следующим образом: кВА (1000 ВА).Максимальные токи обмотки можно определить следующим образом:

 

 

Иногда обмотки имеют номинальный ток в амперах, но это обычно наблюдается на небольших трансформаторах. Большие трансформаторы почти всегда оцениваются по напряжению обмотки и ВА или кВА.

Потери энергии

Когда трансформаторы передают энергию, они делают это с минимальными потерями. Как было сказано ранее, современные конструкции силовых трансформаторов обычно превышают 95% КПД.Однако полезно знать, куда уходит часть этой потерянной силы и что вызывает ее потерю.

Есть, конечно, потери мощности из-за сопротивления обмоток проводов. Если не используются сверхпроводящие провода, всегда будет рассеиваться мощность в виде тепла через сопротивление проводников с током. Поскольку для трансформаторов требуются такие длинные провода, эти потери могут быть значительным фактором.

Увеличение сечения обмоточного провода является одним из способов минимизировать эти потери, но только при существенном увеличении стоимости, размера и веса.

Потери на вихревые токи

Помимо резистивных потерь, большая часть потерь мощности трансформатора связана с магнитными эффектами в сердечнике. Возможно, наиболее значительными из этих «потерей в сердечнике» являются потери на вихревые токи , которые представляют собой резистивное рассеивание мощности из-за прохождения индуцированных токов через железо сердечника.

Поскольку железо является проводником электричества, а также отличным «проводником» магнитного потока, в железе будут индуцироваться токи точно так же, как во вторичных обмотках индуцируются токи от переменного магнитного поля.

Эти индуцированные токи, как описано в пункте о перпендикулярности закона Фарадея, имеют тенденцию циркулировать через поперечное сечение сердечника перпендикулярно виткам первичной обмотки.

Их круговое движение дало им необычное название: они похожи на водовороты в потоке воды, которые циркулируют, а не движутся по прямым линиям.

Железо является хорошим проводником электричества, но не таким хорошим, как медь или алюминий, из которых обычно изготавливаются обмотки. Следовательно, эти «вихревые токи» должны преодолевать значительное электрическое сопротивление, когда они циркулируют через сердечник.

Преодолевая сопротивление железа, они рассеивают энергию в виде тепла. Следовательно, у нас есть источник неэффективности трансформатора, который трудно устранить.

Индукционный нагрев

Это явление настолько выражено, что его часто используют для нагревания черных (железосодержащих) материалов. На фотографии ниже показан блок «индукционного нагрева», повышающий температуру большого участка трубы.

Петли провода, покрытые высокотемпературной изоляцией, окружают трубу по окружности, вызывая вихревые токи в стенке трубы за счет электромагнитной индукции.Для максимального эффекта вихревых токов используется переменный ток высокой частоты, а не частота сети (60 Гц).

Коробчатые блоки в правой части изображения производят высокочастотный переменный ток и регулируют величину тока в проводах, чтобы стабилизировать температуру трубы на заранее определенном «уставке».

 

Индукционный нагрев: Первичная изолированная обмотка наводит ток в железную трубу с потерями (вторичную).

 

Смягчение вихревых токов

Основная стратегия уменьшения этих расточительных вихревых токов в сердечниках трансформаторов состоит в том, чтобы формировать железный сердечник в виде листов, каждый из которых покрыт изолирующим лаком, так что сердечник делится на тонкие пластины.В результате ширина сердечника очень мала для циркуляции вихревых токов:

 

Разделение стального сердечника на тонкие изолированные слои сводит к минимуму потери на вихревые токи.

 

Многослойные сердечники , подобные показанному здесь, входят в стандартную комплектацию почти всех низкочастотных трансформаторов. Вспомните из фотографии разрезанного пополам трансформатора, что железный сердечник состоял из множества тонких листов, а не из одного сплошного куска.

Потери на вихревые токи увеличиваются с увеличением частоты, поэтому трансформаторы, предназначенные для работы на более высокой частоте (например, 400 Гц, используемой во многих военных и авиационных приложениях), должны использовать более тонкие пластины, чтобы свести потери к приемлемому минимуму.

Это приводит к нежелательному эффекту увеличения стоимости изготовления трансформатора.

Другой аналогичный метод минимизации потерь на вихревые токи, который лучше подходит для высокочастотных приложений, заключается в изготовлении сердечника из железного порошка вместо тонких листов железа.

Как и ламинированные листы, эти гранулы железа по отдельности покрыты электроизоляционным материалом, что делает сердцевину непроводящей, за исключением ширины каждой гранулы.Сердечники из порошкового железа часто встречаются в трансформаторах, работающих с радиочастотными токами.

Магнитный гистерезис

Другая «потеря в сердечнике» связана с магнитным гистерезисом . Все ферромагнитные материалы имеют тенденцию сохранять некоторую степень намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля.

Эта тенденция оставаться намагниченной называется «гистерезисом», и для преодоления этого противодействия требуются определенные затраты энергии, чтобы измениться каждый раз, когда магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, меняет полярность (дважды за цикл переменного тока).

Этот тип потерь можно уменьшить за счет правильного выбора материала сердечника (выбор сплава сердечника с низким гистерезисом, о чем свидетельствует «тонкая» кривая гистерезиса B/H) и проектирования сердечника с минимальной плотностью потока (большая площадь поперечного сечения). ).

Скин-эффект на высоких частотах

Потери энергии в трансформаторе увеличиваются с увеличением частоты. Скин-эффект в проводниках обмотки уменьшает доступную площадь поперечного сечения для потока электрического заряда, тем самым увеличивая эффективное сопротивление по мере увеличения частоты и увеличивая потери мощности из-за резистивного рассеяния.

Потери в магнитном сердечнике также преувеличены с более высокими частотами, вихревыми токами и эффектами гистерезиса, которые становятся более серьезными. По этой причине трансформаторы значительных размеров рассчитаны на эффективную работу в ограниченном диапазоне частот.

В большинстве систем распределения электроэнергии, где частота сети очень стабильна, можно подумать, что чрезмерная частота никогда не будет проблемой. К сожалению, это происходит в виде гармоник, создаваемых нелинейными нагрузками.

Как мы видели в предыдущих главах, несинусоидальные сигналы эквивалентны аддитивным сериям нескольких синусоидальных сигналов с разными амплитудами и частотами.В энергосистемах эти другие частоты являются целыми кратными основной (линейной) частоте, а это означает, что они всегда будут выше, а не ниже расчетной частоты трансформатора.

В значительной степени они могут вызвать сильный перегрев трансформатора. Силовые трансформаторы могут быть спроектированы так, чтобы справляться с определенными уровнями гармоник энергосистемы, и эта способность иногда обозначается рейтингом «К-фактор».

Паразитная емкость и индуктивность

Помимо номинальной мощности и потерь мощности, трансформаторы часто имеют другие нежелательные ограничения, о которых должны знать разработчики схем.Как и их более простые аналоги — катушки индуктивности, трансформаторы обладают емкостью за счет диэлектрической изоляции между проводниками: от обмотки к обмотке, от витка к витку (в одной обмотке) и от обмотки к сердечнику.

Резонансная частота трансформатора

Обычно эта емкость не имеет значения в силовых приложениях, но приложения со слабыми сигналами (особенно с высокой частотой) могут плохо переносить эту особенность.

Кроме того, эффект наличия емкости наряду с рассчитанной индуктивностью обмоток дает трансформаторам возможность резонировать на определенной частоте, что определенно является проблемой проектирования в приложениях передачи сигналов, где подаваемая частота может достигать этой точки (обычно резонансная частота силовой трансформатор находится далеко за пределами частоты сети переменного тока, для которой он был разработан).

Защита от флюса

Сдерживание магнитного потока (убедиться, что магнитный поток трансформатора не уходит, чтобы мешать другому устройству, и убедиться, что магнитный поток других устройств экранирован от сердечника трансформатора) — еще одна проблема, которую разделяют как катушки индуктивности, так и трансформаторы.

Индуктивность рассеяния

С проблемой сдерживания магнитного потока тесно связана индуктивность рассеяния. Мы уже видели пагубное влияние индуктивности рассеяния на регулирование напряжения с помощью моделирования SPICE в начале этой главы.Поскольку индуктивность рассеяния эквивалентна индуктивности, включенной последовательно с обмоткой трансформатора, она проявляется как последовательное сопротивление с нагрузкой.

Таким образом, чем больший ток потребляет нагрузка, тем меньшее напряжение имеется на клеммах вторичной обмотки. Обычно в конструкции трансформатора требуется хорошая стабилизация напряжения, но есть и исключительные случаи.

Как было сказано ранее, разрядные осветительные цепи требуют наличия повышающего трансформатора с «свободной» (плохой) регулировкой напряжения для обеспечения пониженного напряжения после образования дуги через лампу.Один из способов выполнить этот конструктивный критерий состоит в том, чтобы спроектировать трансформатор с путями рассеяния магнитного потока, чтобы магнитный поток обходил вторичную обмотку (обмотки).

Результирующий поток рассеяния создаст индуктивность рассеяния, что, в свою очередь, приведет к плохому регулированию, необходимому для газоразрядного освещения.

Основная насыщенность

Производительность трансформаторов

также ограничена ограничениями магнитного потока сердечника. Для трансформаторов с ферромагнитным сердечником мы должны помнить о пределах насыщения сердечника.

Помните, что ферромагнитные материалы не могут поддерживать бесконечные плотности магнитного потока: они имеют тенденцию к «насыщению» на определенном уровне (продиктованном размерами материала и сердечника), а это означает, что дальнейшее увеличение силы магнитного поля (ммс) не приводит к пропорциональному увеличению поток магнитного поля (Ф).

Когда первичная обмотка трансформатора перегружена из-за чрезмерного приложенного напряжения, поток сердечника может достичь уровней насыщения в пиковые моменты синусоидального цикла переменного тока.Если это произойдет, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, больше не будет соответствовать форме волны напряжения, питающего первичную обмотку.

Другими словами, перегруженный трансформатор будет искажать форму волны от первичной обмотки к вторичной, создавая гармоники на выходе вторичной обмотки. Как мы обсуждали ранее, содержание гармоник в энергосистемах переменного тока обычно вызывает проблемы.

Пиковые трансформаторы

Специальные трансформаторы, известные как пиковые трансформаторы , используют этот принцип для создания коротких импульсов напряжения вблизи пиков формы сигнала напряжения источника.Ядро рассчитано на быстрое и резкое насыщение при уровнях напряжения значительно ниже пиковых.

Это приводит к сильно обрезанной синусоидальной форме волны потока и импульсам вторичного напряжения только при изменении потока (ниже уровня насыщения):

 

Осциллограммы напряжения и потока для пикового трансформатора.

 

Работа на частотах ниже нормы

Другой причиной ненормального насыщения сердечника трансформатора является работа на частотах ниже нормы.Например, если силовой трансформатор, предназначенный для работы на частоте 60 Гц, вынужден вместо этого работать на частоте 50 Гц, поток должен достичь более высоких пиковых уровней, чем раньше, чтобы создать такое же противодействующее напряжение, необходимое для баланса с напряжением источника.

Это верно, даже если напряжение источника такое же, как и раньше.

 

Магнитный поток выше в сердечнике трансформатора с частотой 50 Гц по сравнению с 60 Гц при том же напряжении.

 

Поскольку мгновенное напряжение обмотки пропорционально скорости изменения мгновенного магнитного потока в трансформаторе, форма волны напряжения, достигающая того же пикового значения, но требующая больше времени для завершения каждого полупериода, требует, чтобы поток поддерживал с той же скоростью изменения, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени.

Таким образом, если поток должен увеличиваться с той же скоростью, что и раньше, но в течение более длительных периодов времени, он будет увеличиваться до большего пикового значения.

Математически это еще один пример исчисления в действии. Поскольку напряжение пропорционально скорости изменения потока, мы говорим, что форма сигнала напряжения представляет собой производную формы сигнала потока, причем «производной» является операция исчисления, определяющая одну математическую функцию (форму сигнала) в терминах скорости- из-изменения другого.

Однако, если мы возьмем противоположную точку зрения и свяжем исходную форму волны с ее производной, мы можем назвать исходную форму волны интегралом производной формы волны. В этом случае форма волны напряжения является производной формы волны потока, а форма волны потока является интегралом формы волны напряжения.

Интеграл любой математической функции пропорционален площади под кривой этой функции. Поскольку каждый полупериод сигнала с частотой 50 Гц накапливает большую площадь между ним и нулевой линией графика, чем сигнал с частотой 60 Гц, а мы знаем, что магнитный поток является интегралом напряжения, поток будет достигать более высоких значений в рисунок ниже.

 

Поток, изменяющийся с той же скоростью, поднимается до более высокого уровня при 50 Гц, чем при 60 Гц.

 

Еще одной причиной насыщения трансформатора является наличие постоянного тока в первичной обмотке. Любое падение напряжения постоянного тока на первичной обмотке трансформатора вызовет дополнительный магнитный поток в сердечнике. Это дополнительное «смещение» или «смещение» потока подтолкнет сигнал переменного потока ближе к насыщению в одном полупериоде, чем в другом.

 

DC в первичной обмотке смещает пики сигнала в сторону верхнего предела насыщения.

 

Для большинства трансформаторов насыщение сердечника является очень нежелательным эффектом, и его можно избежать за счет хорошей конструкции: проектирования обмоток и сердечника таким образом, чтобы плотность магнитного потока оставалась значительно ниже уровней насыщения.

Это гарантирует, что связь между mmf и Φ будет более линейной на протяжении всего цикла магнитного потока, что хорошо, поскольку вносит меньшие искажения в форму волны тока намагничивания.

Кроме того, разработка сердечника для низких плотностей потока обеспечивает безопасный запас между нормальными пиками потока и пределами насыщения сердечника для адаптации к случайным аномальным условиям, таким как изменение частоты и смещение постоянного тока.

Пусковой ток

Когда трансформатор изначально подключен к источнику переменного напряжения, может возникнуть значительный выброс тока через первичную обмотку, называемый пусковым током . Это аналогично пусковому току электродвигателя, который запускается при внезапном подключении к источнику питания, хотя пусковой ток трансформатора вызывается другим явлением.

Мы знаем, что скорость изменения мгновенного потока в сердечнике трансформатора пропорциональна мгновенному падению напряжения на первичной обмотке. Или, как указывалось ранее, форма волны напряжения является производной формы волны потока, а форма волны потока является интегралом формы волны напряжения.

В непрерывно работающем трансформаторе эти две формы волны сдвинуты по фазе на 90°. Поскольку поток (Φ) пропорционален магнитодвижущей силе (mmf) в сердечнике, а mmf пропорционален току обмотки, форма волны тока будет совпадать по фазе с формой волны потока, и обе они будут отставать от формы волны напряжения на 90°. °:

 

Непрерывная установившаяся работа: магнитный поток, как и ток, отстает от приложенного напряжения на 90°.

 

Предположим, что первичная обмотка трансформатора внезапно подключается к источнику переменного напряжения именно в тот момент времени, когда мгновенное напряжение имеет положительное пиковое значение.

Чтобы трансформатор создавал противоположное падение напряжения, чтобы сбалансировать это приложенное напряжение источника, должен генерироваться магнитный поток быстро увеличивающегося значения. В результате ток обмотки быстро увеличивается, но на самом деле не быстрее, чем в нормальных условиях:

 

Подключение трансформатора к линии при пиковом напряжении переменного тока: поток быстро увеличивается от нуля, как и в установившемся режиме.

 

И поток в сердечнике, и ток в обмотке начинаются с нуля и достигают тех же пиковых значений, что и во время непрерывной работы. Таким образом, в этом сценарии нет ни «броска», ни «броска», ни тока.

В качестве альтернативы рассмотрим, что произойдет, если подключение трансформатора к источнику переменного напряжения произойдет именно в тот момент времени, когда мгновенное напряжение равно нулю.

Во время непрерывной работы (когда трансформатор находится под напряжением в течение достаточно долгого времени) это момент времени, когда поток и ток обмотки имеют свои отрицательные пики, испытывая нулевую скорость изменения (dΦ/dt = 0 и di /дт = 0).

Когда напряжение достигает своего положительного пика, кривые потока и тока достигают своей максимальной положительной скорости изменения и поднимаются вверх до своих положительных пиков, когда напряжение снижается до уровня нуля:

 

Запуск при e=0 В отличается от непрерывной работы на рисунке выше. Эти ожидаемые формы сигналов неверны — Φ и I должны начинаться с нуля.

 

Однако существует значительная разница между работой в непрерывном режиме и условиями внезапного пуска, предполагаемыми в этом сценарии: во время непрерывной работы уровни потока и тока были на своих отрицательных пиках, когда напряжение было на нулевых точках; однако в трансформаторе, который простаивал без дела, и магнитный поток, и ток обмотки должны начинаться с нуля .

Когда магнитный поток увеличивается в ответ на повышение напряжения, он будет увеличиваться от нуля вверх, а не от ранее отрицательного (намагниченного) состояния, как это обычно бывает в трансформаторе, на который некоторое время подается питание.

Таким образом, в трансформаторе, который только «запускается», магнитный поток достигнет примерно вдвое большей своей нормальной пиковой величины, так как он «интегрирует» площадь под первым полупериодом сигнала напряжения:

 

Начиная с e=0 В, Φ начинается с начального состояния Φ=0, увеличиваясь вдвое по сравнению с нормальным значением, при условии, что ядро ​​не насыщается.

 

В идеальном трансформаторе ток намагничивания также увеличился бы примерно в два раза по сравнению с нормальным пиковым значением, создавая необходимую МДС для создания потока, превышающего нормальный.

Однако большинство трансформаторов спроектированы с недостаточным запасом между нормальными пиками потока и пределами насыщения, чтобы избежать насыщения в таких условиях, и поэтому сердечник почти наверняка насыщается в течение этого первого полупериода напряжения.

Во время насыщения для создания магнитного потока требуется непропорциональное количество МДС.Это означает, что ток обмотки, который создает МДС, вызывающий магнитный поток в сердечнике, непропорционально возрастет до значения , легко превысив в два раза по сравнению с его нормальным пиком:

 

Начиная с e=0 В, ток также увеличивается вдвое по сравнению с нормальным значением для ненасыщенного сердечника или значительно выше в (предназначенном для) случае насыщения.

 

Это механизм, вызывающий пусковой ток в первичной обмотке трансформатора при подключении к источнику переменного напряжения.Как видите, величина пускового тока сильно зависит от точного времени электрического подключения к источнику.

Если в момент подключения к источнику в сердечнике трансформатора имеется остаточный магнетизм, пусковой ток может быть еще более серьезным. Из-за этого устройства защиты трансформатора от перегрузки по току обычно относятся к типу «медленного действия», чтобы выдерживать скачки тока, подобные этому, без размыкания цепи.

Тепло и шум

В дополнение к нежелательным электрическим эффектам трансформаторы могут также проявлять нежелательные физические эффекты, наиболее заметными из которых являются тепловыделение и шум.Шум в первую очередь является неприятным эффектом, но тепло является потенциально серьезной проблемой, поскольку изоляция обмотки будет повреждена, если допустить перегрев.

Нагрев может быть сведен к минимуму за счет хорошей конструкции, гарантирующей, что сердечник не приближается к уровню насыщения, что вихревые токи сведены к минимуму, а обмотки не перегружены или не работают слишком близко к максимальной мощности.

Сердечник и обмотки крупных силовых трансформаторов погружаются в масляную ванну для отвода тепла и подавления шума, а также для вытеснения влаги, которая в противном случае могла бы нарушить целостность изоляции обмоток.

Теплоотводящие «радиаторные» трубки на внешней стороне корпуса трансформатора обеспечивают конвективный путь потока масла для передачи тепла от сердечника трансформатора окружающему воздуху:

 

Большие силовые трансформаторы погружены в теплорассеивающее изоляционное масло.

 

Безмасляные или «сухие» трансформаторы часто оцениваются по максимальной рабочей температуре «повышение» (превышение температуры окружающей среды) в соответствии с буквенной системой класса: A, B, F или H.Эти буквенные коды расположены в порядке от самой низкой термостойкости к самой высокой:

  • Класс А: Превышение температуры обмотки не более 55°С при температуре окружающего воздуха 40°С (максимум).
  • Класс B: Превышение температуры обмотки не более 80°C при температуре окружающего воздуха 40°C (максимум).
  • Класс F: Превышение температуры обмотки не более 115°С при температуре окружающего воздуха 40°С (максимум).
  • Класс H: Превышение температуры обмотки не более 150°C при температуре окружающего воздуха 40°C (максимум).

Аудиальный шум — это эффект, возникающий главным образом из-за явления магнитострикции : легкое изменение длины ферромагнитного объекта при намагничивании.

Знакомый «гул», слышимый вокруг больших силовых трансформаторов, — это звук расширения и сжатия железного сердечника на частоте 120 Гц (удвоенная системная частота, равная 60 Гц в США) — один цикл сжатия и расширения сердечника на каждый пик формы волны магнитного потока плюс шум, создаваемый механическими силами между первичной и вторичной обмотками.

Опять же, поддержание низких уровней магнитного потока в сердечнике является ключом к минимизации этого эффекта, что объясняет, почему феррорезонансные трансформаторы, которые должны работать в режиме насыщения для большей части формы волны тока, работают как с перегревом, так и с шумом.

Потери из-за магнитных сил обмотки

Еще одним явлением, вызывающим шум в силовых трансформаторах, является сила физической реакции между первичной и вторичной обмотками при большой нагрузке.

Если вторичная обмотка разомкнута, то через нее не будет протекать ток, а следовательно, и создаваемая ею магнитодвижущая сила (МДС).Однако, когда вторичная обмотка «нагружена» (в настоящее время подается на нагрузку), обмотка генерирует МДС, которой противодействует «отраженная» МДС в первичной обмотке, чтобы предотвратить изменение уровней магнитного потока в сердечнике.

Эти противоположные МДС, генерируемые между первичной и вторичной обмотками в результате вторичного тока (нагрузки), создают отталкивающую физическую силу между обмотками, которая заставляет их вибрировать.

Разработчики трансформаторов должны учитывать эти физические силы при конструировании катушек обмотки, чтобы обеспечить достаточную механическую опору для преодоления нагрузок.Однако в условиях большой нагрузки (высокого тока) эти напряжения могут быть достаточно большими, чтобы вызвать слышимый шум, исходящий от трансформатора.

 

ОБЗОР:

  • Силовые трансформаторы имеют ограничения по мощности, которую они могут передавать от первичной обмотки к вторичной. Большие устройства обычно оцениваются в ВА (вольт-ампер) или кВА (киловольт-ампер).
  • Сопротивление в обмотках трансформатора снижает его эффективность, так как ток рассеивает тепло и приводит к потере энергии.
  • Магнитные эффекты в железном сердечнике трансформатора также способствуют неэффективности. Среди эффектов вихревые токи (циркулирующие индукционные токи в железном сердечнике) и гистерезис (потеря мощности из-за преодоления тенденции железа намагничиваться в определенном направлении).
  • Увеличение частоты приводит к увеличению потерь мощности в силовом трансформаторе. Наличие гармоник в энергосистеме является источником частот, значительно превышающих нормальные, что может вызвать перегрев больших трансформаторов.
  • Как трансформаторы, так и катушки индуктивности обладают определенной неизбежной емкостью из-за изоляции проводов (диэлектрика), отделяющей витки обмотки от железного сердечника и друг от друга. Эта емкость может быть достаточно значительной, чтобы обеспечить трансформатору собственную резонансную частоту , что может быть проблематичным в сигнальных приложениях.
  • Индуктивность рассеяния вызвана тем, что магнитный поток не на 100 % связан между обмотками трансформатора. Любой поток, не связанный с передачей энергии от одной обмотки к другой, будет накапливать и выделять энергию, как работает (само)индуктивность.Индуктивность рассеяния имеет тенденцию ухудшать стабилизацию напряжения трансформатора (вторичное напряжение «проседает» сильнее при заданном токе нагрузки).
  • Магнитное насыщение сердечника трансформатора может быть вызвано чрезмерным первичным напряжением, работой на слишком низкой частоте и/или наличием постоянного тока в любой из обмоток. Насыщение можно свести к минимуму или избежать с помощью консервативной конструкции, которая обеспечивает достаточный запас прочности между пиковыми значениями плотности магнитного потока и пределами насыщения сердечника.
  • Трансформаторы часто испытывают значительные пусковые токи при первоначальном подключении к источнику переменного напряжения. Пусковой ток наиболее велик, когда подключение к источнику переменного тока осуществляется в момент, когда мгновенное напряжение источника равно нулю.
  • Шум является обычным явлением, проявляемым трансформаторами, особенно силовыми трансформаторами, и в первую очередь вызывается магнитострикцией сердечника. Физические силы, вызывающие вибрацию обмотки, также могут создавать шум в условиях большой (сильноточной) нагрузки вторичной обмотки.

Различие между распределительными и силовыми трансформаторами

Обзор трансформаторов жидкостного, сухого типа и ГСУ

На уровне распределения (передаваемая мощность до 10 МВА) существуют две основные категории распределительных трансформаторов: жидкостные (использующие минеральное масло или заменяющие жидкости, такие как синтетические или натуральные эфиры) и сухие. Трансформаторы с жидким наполнением являются наиболее компактным и экономичным решением, в то время как трансформаторы сухого типа предпочтительны в средах, где пожарная безопасность имеет особое значение, таких как, например, подземные подстанции, горнодобывающие предприятия, морские и некоторые промышленные применения.

Стандартные версии распределительных трансформаторов охлаждаются пассивно, поскольку тепло, выделяемое потерями, отводится от сердечника за счет естественной конвекции изоляционной среды. В случае наполненных жидкостью продуктов это тепло затем передается через стенки резервуара за счет теплопроводности и удаляется за счет естественной или принудительной конвекции воздуха. Сухие трансформаторы в закрытых помещениях обычно имеют принудительную внутреннюю конвекцию потока воздуха для обеспечения достаточного охлаждения сердечника трансформатора.

Трансформатор с жидким диэлектриком

Трансформатор сухого типа

868-метровое здание Бурдж-Халифа в Дубае оснащено 78 сухими трансформаторами ABB

(Изображение предоставлено Нельсоном Эбельтом по лицензии CC на Flickr)

AMDT (распределительные трансформаторы из аморфного металла) — перспективная технология, снижающая потери внутри магнитопровода. Хотя аморфные материалы все еще дороже, чем стандартная текстурированная сталь, их применение может быть оправдано в зависимости от того, как эти потери капитализируются в течение срока службы трансформатора.

Силовые трансформаторы

Когда передаваемая мощность превышает примерно 10 МВА, требуются специальные конструкции, чтобы справиться с механическими силами токов короткого замыкания, более высокими уровнями изоляции и повышенными требованиями к охлаждению. Для этих номиналов обычно используются трансформаторы с жидким диэлектриком. Изоляция между обмотками становится все более требовательной при более высоких напряжениях. Кроме того, необходимо учитывать резонансные эффекты внутри самой обмотки, чтобы избежать повреждения изоляции во время высокодинамических импульсных нагрузок, таких как удары молнии, амплитуда которых может достигать от одной до двух тысяч киловольт с временем нарастания 1 мкс.

Трансформаторы номинальной мощностью более десяти МВА являются ключевым элементом в снабжении крупных регионов или промышленных зон. Как правило, можно считать, что средний спрос на электроэнергию на одного человека составляет 1 кВА, а это означает, что трансформатор мощностью 400 МВА передает мощность, необходимую для 400 000 человек, что эквивалентно среднему городу. К таким трансформаторам предъявляются особые требования по безопасности и надежности, а также они должны обеспечивать очень высокий КПД и низкий уровень шума.В последние десятилетия высоковольтные линии постоянного тока также приобретают все большее значение, особенно в крупных странах, таких как Китай, где они соединяют промышленные центры с удаленными регионами, где вырабатывается электроэнергия. Теперь АББ предлагает стандартные решения для преобразователей постоянного тока с напряжением до ±800 кВ постоянного тока.

Трансформаторы, расположенные непосредственно рядом с электростанцией, называются GSU (Generator Step-up Unit). ГСУ преобразует электроэнергию со среднего напряжения генераторов на уровень передачи высокого напряжения.Для балансировки потока мощности между параллельными линиями электропередач можно использовать фазовращатели. Это трансформаторы (обычно с передаточным числом 1:1), которые адаптируют и контролируют фазовые углы напряжения и тока для оптимизации пропускной способности линий. Фазовращатели существуют до номинальной мощности 1500 МВА.

Фазовращатель

Сегодня эффективность трансформации до 99,85% достигается за счет использования магнитной стали особого качества и оптимизированной конструкции.Потери тепла, даже при таком высоком КПД, по-прежнему значительны: например, для упомянутого выше блока мощностью 400 МВА он будет составлять около 600 кВт в условиях полной нагрузки. Таким образом, система охлаждения остается проблемой. Кроме того, весогабаритные размеры таких устройств должны быть тщательно установлены, так как существуют ограничения на максимальные возможности транспортировки в разных странах.

Тяговые и специальные трансформаторы

В железнодорожных транспортных средствах используется специальный тип трансформатора, который должен быть очень компактным, надежным и прочным.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.