שנאי הוא מכשיר אלקטרומגנטי המשמש להמרת זרם חילופין של מתח ותדר אחד לזרם חילופין במתח שונה (או שווה) ובאותו תדר.
תוֹכֶן
המכשיר ותפעול השנאי
במקרה הפשוט ביותר שַׁנַאי מכיל פיתול ראשי אחד עם מספר הסיבובים W1 ואחד משני עם מספר הסיבובים W2. אנרגיה מסופקת לפיתול הראשוני, העומס מחובר למשני. העברת האנרגיה נעשית באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית. כדי לשפר את הצימוד האלקטרומגנטי, ברוב המקרים, הפיתולים ממוקמים על ליבה סגורה (מעגל מגנטי).
אם מתח חילופין U מופעל על הפיתול הראשוני1, ואז זרם חילופין I1, אשר יוצר שטף מגנטי Ф מאותה צורה בליבה.שטף מגנטי זה משרה EMF בפיתול המשני. אם עומס מחובר למעגל המשני, זרם משני I2.
המתח בפיתול המשני נקבע על ידי היחס בין הסיבובים W1 ו-W2:
U2=U1*(W1/W2)=U1/k, כאשר k הוא יחס טרנספורמציה.
אם k<1, אז U2> יו1, ושנאי כזה נקרא step-up. אם k>1, אז U2<U1, כגון השנאי נקרא step down. מכיוון שהספק המוצא של השנאי שווה להספק המבוא (בניכוי ההפסדים בשנאי עצמו), אנו יכולים לומר ש-Pout \u003d Pin, U1*אני1=U2*אני2 ואני2=אני1*k=I1*(W1/W2). לפיכך, בשנאי ללא הפסדים, מתחי הכניסה והמוצא הם פרופורציונליים ישירות ליחס הסיבובים המתפתלים. והזרמים הם ביחס הפוך ליחס הזה.
לשנאי יכול להיות יותר מפיתול משני אחד עם יחסים שונים. אז, שנאי להפעלת ציוד מנורות ביתי מרשת 220 וולט יכול להיות בפיתול משני אחד, למשל, 500 וולט למעגלי האנודה ו-6 וולט למעגלי ליבון. במקרה הראשון k<1, במקרה השני - k>1.
השנאי פועל רק עם מתח חילופין - עבור התרחשות של EMF בפיתול המשני, השטף המגנטי חייב להשתנות.
סוגי ליבות לשנאים
בפועל, משתמשים בליבות לא רק מהצורה המצוינת. בהתאם למטרה של המכשיר, ניתן לבצע מעגלים מגנטיים בדרכים שונות.
ליבות מוט
המעגלים המגנטיים של שנאים בתדר נמוך עשויים מפלדה עם תכונות מגנטיות בולטות.כדי להפחית זרמי מערבולת, מערך הליבה מורכב מלוחות נפרדים המבודדים חשמלית זה מזה. כדי לעבוד בתדרים גבוהים, משתמשים בחומרים אחרים, למשל, פריטים.
הליבה הנחשבת לעיל נקראת הליבה והיא מורכבת משני מוטות. עבור שנאים חד פאזיים, משתמשים גם במעגלים מגנטיים עם שלושה מוטות. יש להם פחות שטף דליפה מגנטית ויעילות גבוהה יותר. במקרה זה, הן הפיתולים הראשוניים והן המשניים ממוקמים על המוט המרכזי של הליבה.
שנאים תלת פאזיים עשויים גם על ליבות שלוש מוטות. יש להם את הפיתולים הראשוניים והמשניים של כל שלב, כל אחד ממוקם על הליבה שלו. במקרים מסוימים משתמשים במעגלים מגנטיים עם חמישה מוטים. הפיתולים שלהם ממוקמים בדיוק באותו אופן - כל אחד ראשוני ומשני על המוט שלו, ושני המוטות הקיצוניים בכל צד מיועדים רק לסגירת שטפים מגנטיים במצבים מסוימים.
משוריין
בליבה המשוריינת מיוצרים שנאים חד פאזיים - שני הסלילים ממוקמים על הליבה המרכזית של המעגל המגנטי. השטף המגנטי בליבה כזו נסגר בדומה למבנה של שלושה מוטות - דרך הקירות הצדדיים. שטף הדליפה קטן מאוד במקרה זה.
היתרונות של עיצוב זה כוללים עלייה מסוימת בגודל ובמשקל עקב האפשרות של מילוי צפוף יותר של חלון הליבה עם סלילה, ולכן כדאי להשתמש בליבות משוריינות לייצור שנאים בעלי הספק נמוך. זה גם מביא למעגל מגנטי קצר יותר, מה שמוביל להפחתת הפסדי ללא עומס.
החיסרון הוא גישה קשה יותר לפיתולים לצורך תיקון ותיקון, כמו גם המורכבות המוגברת של ייצור בידוד עבור מתחים גבוהים.
טורואיד
בליבות טורואידיות, השטף המגנטי סגור לחלוטין בתוך הליבה, ואין כמעט שטף מגנטי דליפה. אבל קשה לשנאים כאלה, ולכן הם משמשים לעתים רחוקות למדי, למשל, בשנאים אוטומטיים מתכווננים בהספק נמוך או במכשירים בתדר גבוה שבהם חשובה חסינות הרעש.
שנאי אוטומטי
במקרים מסוימים, רצוי להשתמש בשנאים כאלה, שיש להם לא רק חיבור מגנטי בין הפיתולים, אלא גם חשמלי. כלומר, בהתקני מדרגה, הפיתול הראשוני הוא חלק מהמשני, ובמכשירי מדרגה למטה, החלק המשני של הראשוני. מכשיר כזה נקרא שנאי אוטומטי (AT).
שנאי אוטומטי מופחת אינו מחלק מתח פשוט - צימוד מגנטי מעורב גם בהעברת האנרגיה למעגל המשני.
היתרונות של שנאים אוטומטיים הם:
- הפסדים קטנים יותר;
- האפשרות של ויסות מתח חלק;
- מחווני משקל וגודל קטנים יותר (שנאי אוטומטי זול יותר, קל יותר להעביר אותו);
- עלות נמוכה יותר בשל כמות החומר הנדרשת קטנה יותר.
החסרונות כוללים את הצורך להשתמש בבידוד של שתי הפיתולים, המיועד למתח גבוה יותר, כמו גם היעדר בידוד גלווני בין הקלט והפלט, שיכול להעביר את ההשפעות של תופעות אטמוספריות מהמעגל הראשוני למשני. במקרה זה, האלמנטים של המעגל המשני אינם יכולים להיות מוארקים.כמו כן, החיסרון של AT נחשב לזרמי קצר חשמלי מוגברים. עבור שנאים אוטומטיים תלת פאזיים, הפיתולים מחוברים בדרך כלל בכוכב עם נייטרלי מוארק, תוכניות חיבור אחרות אפשריות, אך מסובכות ומסורבלות מדי. זהו גם חיסרון שמצמצם את היקף השנאים האוטומטיים.
יישום של שנאים
התכונה של שנאים להגדיל או להקטין מתח נמצא בשימוש נרחב בתעשייה ובחיי היומיום.
שינוי מתח
דרישות שונות מוטלות על רמת המתח התעשייתי בשלבים שונים. בהפקת חשמל, לא משתלם להשתמש בגנרטורים במתח גבוה מסיבות שונות. לכן, למשל, גנרטורים עבור 6 ... 35 קילו וולט משמשים בתחנות כוח הידרואלקטריות. כדי להעביר חשמל, להיפך, אתה צריך מתח מוגבר - מ-110 קילו-וולט ל-1150 קילו-וולט, תלוי במרחק. יתר על כן, מתח זה מופחת שוב לרמה של 6 ... 10 קילו וולט, מופץ לתחנות משנה מקומיות, משם הוא מופחת ל-380 (220) וולט ומגיע לצרכן הסופי. במכשירי חשמל ביתיים ותעשייתיים, יש גם להוריד אותו, בדרך כלל ל-3 ... 36 וולט.
כל הפעולות הללו מבוצעות עם באמצעות שנאי כוח. הם יכולים להיות יבשים או על בסיס שמן. במקרה השני, הליבה עם פיתולים ממוקמת במיכל עם שמן, שהוא מדיום מבודד וקירור.
בידוד גלווני
בידוד גלווני מגביר את הבטיחות של מכשירי חשמל. אם המכשיר מופעל לא ישירות מרשת 220 וולט, שבה אחד המוליכים מחובר לאדמה, אלא דרך שנאי 220/220 וולט, אז מתח האספקה יישאר זהה.אבל עם נגיעה בו זמנית של כדור הארץ וחלקים נושאי זרם משני של המעגל לזרימת הזרם, לא תהיה זרימת זרם, והסכנה להתחשמלות תהיה נמוכה בהרבה.
מדידת מתח
בכל מתקני החשמל יש צורך לשלוט ברמת המתח. אם נעשה שימוש בדרגת מתח של עד 1000 וולט, אז מדי המתח מחוברים ישירות לחלקים חיים. במתקני חשמל מעל 1000 וולט זה לא יעבוד - מכשירים שיכולים לעמוד במתח כזה מתגלים כמגושמים מדי ולא בטוחים במקרה של תקלה בבידוד. לכן, במערכות כאלה, מדי מתח מחוברים למוליכי מתח גבוה באמצעות שנאים עם יחס טרנספורמציה נוח. לדוגמה, עבור רשתות 10 קילוואט, נעשה שימוש בשנאי מכשירים 1:100, הפלט הוא מתח סטנדרטי של 100 וולט. אם המתח על הפיתול הראשוני משתנה באמפליטודה, הוא משתנה בו זמנית על המשני. סולם מד המתח הוא בדרך כלל מדורג בטווח המתח הראשוני.
השנאי הוא אלמנט מורכב ויקר למדי לייצור ותחזוקה. עם זאת, בתחומים רבים מכשירים אלו הם הכרחיים, ואין להם אלטרנטיבה.
מאמרים דומים:
