Máy biến áp được sử dụng trong Mỏ (Với sơ đồ)
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về các loại và bảo trì máy biến áp được sử dụng trong các mỏ.
Máy biến áp:
Máy biến áp được sử dụng rộng rãi tại các mỏ, cả trên bề mặt và dưới lòng đất. Để giữ điện áp giảm xuống giá trị thấp mà không cần sử dụng cáp lớn, năng lượng điện được phân phối ở mức 3.300 volt hoặc 6.600 volt.
Điện áp này, trong khi lý tưởng để phân phối, quá cao để sử dụng cho các máy than hoặc các máy nhỏ hơn ở nơi khác dưới lòng đất, vì vậy máy biến áp được sử dụng để biến đổi các điện áp cao này thành 550 volt hoặc 1100 volt.
Điện áp phổ biến nhất trong các mỏ là 550 volt. Các bảng khoan và bảng chiếu sáng cũng chứa các máy biến áp để có được điện áp thấp hơn cần thiết từ nguồn cung cấp trung thế. Những máy biến áp này được gọi là máy biến áp bước xuống.
Trong các mỏ, máy biến áp bước lên không được sử dụng cho mục đích chung. Trên thực tế, một máy biến áp là một thiết bị để có được nguồn cung cấp xoay chiều của một điện áp cần thiết từ một dòng điện xoay chiều của một điện áp khác.
Máy biến áp có hai loại:
(a) Máy biến áp một pha và
(b) Máy biến áp đa pha.
(a) Máy biến áp một pha:
Một máy biến áp một pha bao gồm hai cuộn dây, cách điện hoàn toàn từ một vết thương khác đến lõi silicon mềm nhiều lớp. Nguồn cung cấp được kết nối với một cuộn dây, được gọi là cuộn sơ cấp và đầu ra được lấy từ đầu kia, được gọi là cuộn thứ cấp.
Các cuộn dây thứ cấp thường được quấn trên lõi nhiều lớp, nhưng các cuộn dây được cách điện đầy đủ từ lõi nhiều lớp. Các cuộn dây sơ cấp là vết thương trên cuộn thứ cấp. Một xi lanh cách điện đầy đủ được cung cấp giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
Trong hình 12.1, biểu diễn điện của máy biến áp một pha được hiển thị:
(b) Máy biến áp đa pha:
Một máy biến áp nhằm thay đổi điện áp của nguồn cung cấp có nhiều hơn một pha phải được trang bị cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp cho mỗi pha. Một máy biến áp cho nguồn cung cấp ba pha có cấu trúc lõi tương tự như trong Hình 12.2. Một cuộn dây sơ cấp được quấn với cuộn thứ cấp tương ứng của nó, trên mỗi nhánh của lõi.
Trong một máy biến áp đa pha, tất cả các cuộn dây sơ cấp được kết nối với nhau để hoàn thành mạch sơ cấp, và tương tự, tất cả các cuộn dây thứ cấp được kết nối để hoàn thành mạch thứ cấp. Các cuộn dây của máy biến áp ba pha có thể được kết nối theo hình sao hoặc đồng bằng.
Nguyên lý của máy biến áp dựa trên nguyên tắc cơ bản của cảm ứng lẫn nhau liên tục. Khi một nguồn cung cấp xen kẽ được kết nối với cuộn dây sơ cấp của máy biến áp (phần thứ cấp còn lại được kết nối với nhau), một dòng điện chạy trong mạch sơ cấp.
Cuộn dây có trở kháng cảm ứng rất cao, do đó dòng điện chạy rất nhỏ. Vì cuộn dây có điện trở thấp so với cuộn cảm này, dòng điện chậm hơn gần 90 ° so với điện áp đặt vào. Dòng điện trễ này được gọi là dòng từ hóa, vì chức năng của nó là tạo ra từ trường thay đổi liên tục.
Cuộn dây thứ cấp của máy biến áp nằm trong từ trường này, do đó một emf xen kẽ được tạo ra trong nó. Emf cảm ứng chậm hơn 90 ° so với dòng từ hóa gây ra nó. Do đó, emf này chậm hơn 180 ° so với điện áp sơ cấp, tức là điện áp thứ cấp nằm trong pha chống với điện áp sơ cấp. Hình 12.3 giải thích điều này.
Bất cứ điện áp nào được đặt vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp gây ra trong thứ cấp đều tỷ lệ với nó, tỷ lệ thực tế giữa chúng tùy thuộc vào thiết kế của máy biến áp.
Trong máy biến áp một pha, tỷ số giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp giống như tỷ số giữa số vòng trong cuộn sơ cấp và số vòng trong cuộn thứ cấp. Mối quan hệ được thể hiện bằng công thức
Do đó, tất cả các máy biến áp bước xuống có ít vòng trong cuộn thứ cấp hơn so với cuộn sơ cấp. Ngược lại, máy biến áp tăng cường có nhiều vòng trong cuộn thứ cấp hơn so với cuộn sơ cấp. Ví dụ, nếu cuộn dây sơ cấp có 50 vòng và cuộn thứ cấp có 100 vòng thì điện áp đầu ra sẽ gấp đôi điện áp đầu vào.
Máy biến áp sau đó sẽ được mô tả là máy biến áp tăng cường 2: 1. Tương tự, nếu sơ cấp có 200 vòng và thứ cấp có 100, thì điện áp đầu ra sẽ bằng một nửa điện áp đầu vào, tạo ra một biến áp bước xuống 2: 1.
Một mối quan hệ tương tự giữ giữa điện áp đầu vào và đầu ra của máy biến áp ba pha, với điều kiện là cả hai bộ cuộn dây được kết nối theo cùng một cách, với điều kiện là cả hai được kết nối trong sao hoặc cả hai được kết nối theo đồng bằng như trong Hình 12.4.
Nếu hai bộ cuộn dây được kết nối khác nhau, tỷ lệ giữ giữa các điện áp trong các cuộn dây tương ứng, nhưng tỷ lệ giữa các đầu vào và đầu ra khác nhau như trong hình 12.4.
Nhưng trong một máy biến áp lý tưởng, đảm bảo rằng toàn bộ từ thông được tạo ra bởi emf xen kẽ trong sơ cấp, liên kết tất cả các vòng trong cuộn dây thứ cấp. Trong thực tế, trong sử dụng thực tế, có một hệ số rò rỉ được xem xét. Tuy nhiên, mối quan hệ được thiết lập giữa điện áp và từ thông được phát triển là
Mạch tương đương biến áp:
Bây giờ chúng ta hãy xem sơ qua về mạch tương đương thực tế của máy biến áp có X 1 và R 1 là điện kháng và điện trở chính, và X 2 và R 2 là điện trở và điện trở thứ cấp. Hình 12.4 cho thấy một mạch tương đương đơn giản hóa với điện trở R và phản ứng X, được gọi là sơ cấp. Các giá trị của R và X được cho là
Từ thử nghiệm ngắn mạch, (có nghĩa là truyền một dòng tải đầy đủ qua máy biến áp với sơ cấp hoặc sơ cấp ngắn mạch), các giá trị của R và X có thể được xác định. Trong thực tế, do thiếu một trong hai cuộn dây, sẽ cần phải có điện áp giảm. Điện áp này còn được gọi là điện áp trở kháng.
Bây giờ khi máy biến áp được tải, sẽ có sự sụt giảm điện áp do điện trở của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp và cũng do thông lượng rò rỉ từ tính, trong thực tế tăng lên khi tăng tải. Trong thực tế, từ những lý do trên, quy định tăng lên cùng với sự gia tăng của tải.
Máy biến áp hiện tại:
Máy biến dòng là một loại máy biến áp được thiết kế để cung cấp một đầu ra điện áp tỷ lệ với dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp. Đầu tiên của máy biến áp như vậy sẽ được kết nối nối tiếp với tải trong mạch điện như động cơ và đầu ra thứ cấp được sử dụng cho mục đích sử dụng trong hệ thống bảo vệ quá tải.
Do đó, dòng điện chạy trong sơ cấp được xác định bởi tải được cung cấp và mạch điện hầu như không bị ảnh hưởng bởi lượng điện năng tương đối nhỏ được sử dụng bởi máy biến áp.
Sơ cấp của máy biến áp hiện tại thường bao gồm một hoặc hai vòng được hình thành từ một dây dẫn đồng nặng. Cuộn dây thứ cấp thường có số vòng quay rất lớn và cả hai cuộn dây được tạo thành trên lõi cán.
Một số máy biến áp hiện tại bao gồm một cuộn dây thứ cấp được kẹp trên lớp cách điện của lõi đơn. Từ trường được tạo ra bởi dòng điện chạy qua trung tâm của lõi là đủ để tạo ra một đầu ra trong thứ cấp.
Máy biến dòng hoạt động theo nguyên tắc giống như máy biến điện áp thông thường, nhưng nguyên tắc này được áp dụng theo một cách khác. Do điện áp và tần số của nguồn cung cấp cho toàn bộ mạch là không đổi, nên dòng điện chỉ thay đổi nếu tổng trở của mạch thay đổi.
Nếu dòng điện tăng, tổng trở kháng đã giảm và trở kháng của sơ cấp biến áp, mặc dù rất nhỏ, đại diện cho một tỷ lệ lớn hơn của tổng trở kháng của mạch. Do đó, sự khác biệt tiềm năng giữa chính là tăng và điện áp của đầu ra thứ cấp được tăng tỷ lệ thuận. Hệ thống được giải thích trong hình 12.5 để dễ dàng tham khảo và thực hiện.
Biến áp tự động:
Máy biến áp tự động hoạt động theo nguyên tắc tương tự máy biến áp thông thường, nhưng chỉ có một cuộn dây, thường dùng cho các mạch sơ cấp và thứ cấp như trong hình 12.6. Nó thường được thiết kế như một máy biến áp bước xuống với sự khác biệt tương đối nhỏ giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp.
Nó chỉ được sử dụng trong các máy va chạm là để bắt đầu xen kẽ các động cơ hiện tại. Nó không bao giờ được sử dụng để cung cấp nguồn liên tục cho mạch điện áp thấp hơn, bởi vì có một mối nguy hiểm là, trong trường hợp kết nối bị lỗi, toàn bộ điện áp sơ cấp có thể được áp dụng cho mạch thứ cấp.
Máy biến áp ngầm:
Trước đây, tất cả các máy biến áp điện được sử dụng dưới lòng đất đều thuộc loại chứa đầy dầu, từ 75 KVA đến khoảng 250 KVA, nhưng hiện tại chúng đã được thay thế bằng các máy biến áp loại khô được chứng nhận flameproof từ 300 KVA đến 750 KVA.
Hầu như tất cả các thiết bị than mặt đều được cung cấp từ các máy biến áp flameproof này được sử dụng để cung cấp các mạch an toàn nội tại như mạch tín hiệu. Chúng được chế tạo đặc biệt với một màn hình nối đất giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, để đảm bảo rằng điện áp sơ cấp không thể được kết nối với mạch thứ cấp, ngay cả khi có sự cố cách điện hoàn toàn.
Transformers đầy dầu:
Máy biến áp được thiết kế để vượt qua tải năng lượng nặng thường chứa đầy một loại dầu cách điện để tất cả các cuộn dây và lõi được ngâm trong nước. Dầu ngăn chặn sự xâm nhập của độ ẩm, (làm giảm đáng kể độ bền điện môi của cách nhiệt không khí) và do đó, duy trì điện trở cách điện cao hơn giữa các cuộn dây và giữa các bộ phận sống và trái đất.
Dầu cũng hỗ trợ làm mát máy biến áp. Dòng điện nặng chạy qua cuộn dây khiến nhiệt độ tăng đáng kể. Khi dầu xung quanh bị đốt nóng, dòng đối lưu được thiết lập trong dầu, giúp dẫn nhiệt ra khỏi cuộn dây.
Một số máy biến áp được xây dựng với các ống làm mát chiếu từ các cạnh của vỏ hoặc thùng. Dầu lưu thông qua các ống được làm mát nhanh hơn, do đó việc làm mát máy biến áp hiệu quả hơn. Máy biến áp chứa đầy dầu lớn hơn được trang bị ống thở để không khí có thể đi vào và ra khi dầu mở rộng hoặc co lại khi được làm nóng hoặc làm mát.
Một ống thở thường sẽ chứa một hóa chất hấp thụ độ ẩm như silica gel để ngăn hơi ẩm bị hút vào và làm nhiễm bẩn dầu. Gel silica khi khô sẽ có màu xanh lam và khi được dưỡng ẩm màu sẽ chuyển sang màu hồng.
Máy biến áp chống cháy, làm mát bằng không khí:
Với sự ra đời của cơ giới hóa mặt than, số lượng và kích thước của máy than mặt tăng lên rất nhiều và cần phải có các máy biến áp lớn hơn được lắp đặt gần mặt than để giảm điện áp giữa máy biến áp và động cơ ở mức tối thiểu.
Các máy biến áp này thuộc loại khô, tức là bể chứa đầy không khí. Các xe tăng được xây dựng bằng thép hàn và được chứng nhận flameproof. Thiết bị đóng cắt HV điều khiển máy biến áp cũng chống cháy và được gắn trên máy biến áp.
Có một buồng chống cháy trên LV và trên máy biến áp chứa rò rỉ trái đất và các thiết bị bảo vệ ngắn mạch. Nếu hệ thống bảo vệ rò rỉ trái đất hoặc hệ thống bảo vệ ngắn mạch phát hiện lỗi trên mạch LV đi, nó sẽ tự động ngắt công tắc HV. Công tắc HV cũng cung cấp quá tải và bảo vệ lỗi nối đất cho máy biến áp.
Nguồn trong máy biến áp:
Nếu cuộn dây thứ cấp được nối vào mạch có tải, điện áp cảm ứng sẽ truyền dòng điện qua tải. Do đó, thứ cấp của máy biến áp, cung cấp năng lượng cho mạch của nó. Nguồn điện được cung cấp bởi thứ cấp chỉ có thể được lấy từ nguồn cung cấp trong mạch sơ cấp. Ngay khi dòng điện chạy trong mạch thứ cấp, một dòng điện tương ứng chảy trong dòng sơ cấp.
Công suất được truyền từ mạch sơ cấp sang mạch thứ cấp bằng từ trường liên tục thay đổi liên kết hai. Lõi nhiều lớp tăng cường trường và sự đan xen của cuộn dây làm cho liên kết càng gần càng tốt. Trong một máy biến áp được thiết kế tốt, rất ít năng lượng bị tiêu tán trong chính máy biến áp.
Do đó, năng lượng được đưa ra khỏi máy biến áp bởi mạch thứ cấp gần giống như năng lượng được lấy bởi máy biến áp từ mạch sơ cấp. Trong thực tế, năng lượng truyền từ nguồn cung cấp chính qua máy biến áp đến thiết bị sử dụng nó. Tác dụng của máy biến áp chỉ đơn thuần là thay đổi điện áp mà tại đó nguồn điện được cung cấp.
Công suất được truyền bởi một mạch được xác định bằng cả điện áp đặt vào nó và dòng điện chạy trong nó. Do công suất của mạch thứ cấp bằng với công suất được cung cấp bởi mạch sơ cấp, nên dòng điện cần thiết để truyền một lượng điện năng nhất định trong hai mạch phụ thuộc vào điện áp mà mạch hoạt động.
Do đó, tỷ lệ giữa dòng sơ cấp và thứ cấp là nghịch đảo của tỷ số giữa các điện áp. Dòng từ hóa là 'quá nhỏ so với dòng điện truyền tải, trong hầu hết các mục đích, các hiệu ứng của nó có thể bị bỏ qua.
Mặc dù các cuộn dây của máy biến áp có điện cảm cao, dòng điện chạy trong chúng khi máy biến áp đang tải không nhất thiết phải tụt lại phía sau điện áp của chúng. Ví dụ, nếu tải trong mạch thứ cấp là điện dung, thì dòng điện trong hai mạch sẽ dẫn điện áp của chúng.
Dòng điện sơ cấp và thứ cấp, như điện áp sơ cấp và thứ cấp, nằm trong pha chống. Bất kỳ emf ngược nào gây ra trong cuộn dây thứ cấp bởi dòng thứ cấp đều bị hủy bởi emf phía trước gây ra lẫn nhau trong cuộn dây đó bởi dòng sơ cấp. Tương tự, bất kỳ emf phía sau nào gây ra trong cuộn sơ cấp đều bị hủy bởi emf phía trước được tạo ra bởi dòng thứ cấp.
Tuy nhiên, nếu tải thứ cấp có hệ số công suất trễ hoặc dẫn, hệ số công suất này được đưa trở lại từ mạch thứ cấp vào sơ cấp. Các dòng sơ cấp và thứ cấp vẫn ở trong pha chống, và mỗi độ trễ hoặc dẫn điện áp của nó bằng cùng một lượng.
Điều quan trọng cần lưu ý là dòng từ hóa trong mạch sơ cấp, là dòng điện cảm ứng, có ảnh hưởng nhỏ ở chỗ nó làm cho tổng dòng sơ cấp bị trễ một chút so với dòng thứ cấp. Do đó, máy biến áp đóng góp vào hệ số công suất trễ trong hệ thống hố, nhưng ảnh hưởng của máy biến áp đến hệ số công suất là khá nhỏ so với tác động của động cơ cảm ứng mà nó cung cấp.
Bảo dưỡng máy biến áp:
Không giống như động cơ, vì máy biến áp không có bộ phận chuyển động, chúng đòi hỏi rất ít bảo trì, nếu chúng được kết hợp đúng với ứng dụng tải, và hệ thống cung cấp và điều khiển có hiệu quả. Tuy nhiên, các nhiệm vụ chính liên quan đến bảo trì máy biến áp được trình bày dưới đây.
Lịch bảo trì cho mỗi máy biến áp đưa ra tần suất kiểm tra, và kiểm tra được thực hiện trong mỗi dịp sẽ được đặt bởi kỹ sư điện của bộ sưu tập, và điều này phải được theo dõi chặt chẽ.
1. Chung:
Thỉnh thoảng kiểm tra cẩn thận máy biến áp để đảm bảo rằng các kết nối, cuộn dây và lõi luôn ở trong tình trạng tốt. Trường hợp của máy biến áp flameproof phải được kiểm tra các vết nứt, và duy trì các khoảng trống khớp chính xác.
2. Nhiệt độ:
Ghi lại nhiệt độ của cuộn dây để đảm bảo máy biến áp không bị quá nóng. Việc kiểm tra nhiệt độ là đáng tin cậy hơn nếu nó được thực hiện sau khi máy biến áp đã đầy tải trong khoảng thời gian vài giờ.
Quá nóng rất có thể là do quá tải điện, nhưng nó cũng có thể là do sự thất bại của cách điện giữa cán màng hoặc, trong một máy biến áp đầy dầu, do sự suy giảm của dầu, hoặc sự thất bại của cách điện giữa các lớp hoặc các vòng của cuộn dây máy biến áp.
3. Cách nhiệt:
Kiểm tra cách điện thường xuyên để đảm bảo rằng nó không bị hư hỏng về mặt vật lý, ví dụ như nó không bị giòn. Đo điện trở cách điện giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, và giữa mỗi cuộn dây và đất, bằng một máy đo phù hợp.
Để kiểm tra điện trở cách điện của cuộn dây thứ cấp với trái đất, cần phải loại bỏ liên kết nối đất của điểm trung tính, nếu có. Điều quan trọng là đảm bảo rằng liên kết tiếp đất được thay thế sau khi thử nghiệm.
4. Kháng cuộn dây:
Đo điện trở của cuộn dây với một cây cầu và so sánh các số đọc theo thời gian với các giá trị được đưa ra trong đặc điểm kỹ thuật. Một phân kỳ được đánh dấu từ giá trị dự kiến và chỉ định, đặc biệt nếu nó chỉ xảy ra trong một pha của cuộn dây, biểu thị một lỗi, ví dụ như ngắn mạch giữa các lượt.
5. Mức dầu:
Lưu ý mức dầu và thêm dầu tươi nếu cần thiết để duy trì mức chính xác. Các trường hợp hoặc bể nên được kiểm tra cho rò rỉ dầu có thể.
6. Điều kiện dầu:
Kiểm tra dầu cho dấu hiệu của xe trượt tuyết. Bùn sẽ được xem như là một cặn dính trên các cuộn dây và các mặt hoặc đáy của bể. Sự hiện diện của nó che phủ các cuộn dây và ngăn dầu làm mát chúng. Nếu bùn được tìm thấy, máy biến áp phải được thoát nước, làm sạch hoàn toàn dầu và nạp lại bằng dầu tươi và thử nghiệm.
7. Kiểm tra dầu:
Mỗi năm một lần, hoặc thường xuyên hơn nếu cần thiết hoặc nghi ngờ, một mẫu dầu được lấy từ máy biến áp và gửi đến phòng thí nghiệm để thử nghiệm. Các thử nghiệm nhằm đảm bảo rằng dầu không hấp thụ nước và nó không bị axit. Sự hiện diện của độ ẩm trong dầu làm giảm độ bền điện môi của nó và có thể dẫn đến sự cố cách điện. Tính axit gây ra sự ăn mòn bên trong cuộn dây máy biến áp.
8. Tràn ngập:
Nếu máy biến áp được làm đầy bằng ống thở, hãy lưu ý tình trạng của silica gel và làm mới hóa chất khi bão hòa. Silica gel thường có màu để biểu thị tình trạng của nó, nó chuyển từ màu xanh sang màu hồng khi nó hấp thụ độ ẩm.
