סוגי שנאים
שנאי הוא מכשיר אלקטרומגנטי סטטי המכיל שניים עד מספר סלילים הממוקמים על מעגל מגנטי משותף ובכך מחוברים זה לזה באופן אינדוקטיבי. הוא משמש כשנאי להמרת אנרגיה חשמלית מזרם חילופין באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית מבלי לשנות את תדירות הזרם. רובוטריקים משמשים הן להמרת מתח AC והן בידוד גלווני בתחומים שונים של הנדסת חשמל ואלקטרוניקה.
למען ההגינות, נציין שבמקרים מסוימים השנאי עשוי להכיל רק פיתול אחד (אוטושנאי), והליבה עשויה להיות נעדרת לחלוטין (HF - שנאי), אך לרוב השנאים יש ליבה (מעגל מגנטי) העשויה מ חומר פרומגנטי רך, ושני או יותר סרטים מבודדים או סלילי תיל מכוסים בשטף מגנטי משותף, אבל קודם כל. בואו נסתכל באילו סוגי שנאים מדובר, כיצד הם מסודרים ולמה הם משמשים.
שנאי כוח
סוג זה של שנאים בתדר נמוך (50-60 הרץ) משמש ברשתות חשמל, כמו גם במתקנים לקבלה והמרת אנרגיה חשמלית. למה זה נקרא כוח? כי זה סוג של שנאי שמשמש לאספקת וקליטת חשמל מקווי מתח וממנו, שבהם המתח יכול להגיע ל-1150 קילו וולט.
ברשתות חשמל עירוניות, המתח מגיע ל-10 קילוואט. דרך בדיוק שנאים חזקים בתדר נמוך המתח יורד גם ל-0.4 קילו וולט, 380/220 וולט הנדרשים על ידי הצרכנים.
מבחינה מבנית, שנאי כוח טיפוסי עשוי להכיל שתיים, שלוש או יותר פיתולים המסודרים על ליבת פלדה חשמלית משוריינת, כאשר חלק מפיתולי המתח הנמוך מוזנים במקביל (שנאי מתפתל מפוצל).
זה שימושי להגברת המתח המתקבל ממספר גנרטורים בו זמנית. ככלל, שנאי הכוח ממוקם במיכל עם שמן שנאי, ובמקרה של דגימות חזקות במיוחד, מתווספת מערכת קירור אקטיבית.
בתחנות משנה ותחנות כוח מותקנים שנאי כוח תלת פאזיים בקיבולת של עד 4000 kVA. תלת פאזי שכיחים יותר, שכן הפסדים מתקבלים עד 15% פחות מאשר עם שלושה חד פאזיים.
שנאי רשת
בשנות ה-80 וה-90, ניתן היה למצוא שנאי קו כמעט בכל מכשיר חשמלי. בעזרת שנאי רשת (בדרך כלל חד פאזי), המתח של רשת ביתית של 220 וולט בתדר של 50 הרץ מופחת לרמה הנדרשת על ידי מכשיר חשמלי, למשל 5, 12, 24 או 48 וולט.
שנאי קו מיוצרים לעתים קרובות עם פיתולים משניים מרובים, כך שניתן להשתמש במספר מקורות מתח להפעלת חלקים שונים של המעגל. בפרט, שנאי TN (שנאי ליבון) תמיד יכולים להימצא (ועדיין ניתן) במעגלים שבהם נמצאים צינורות רדיו.
שנאי קו מודרניים בנויים על ליבות בצורת W, מוטות או טורואידים של קבוצה של לוחות פלדה חשמליים שעליהם מלופפים את הסלילים. הצורה הטורואידית של המעגל המגנטי מאפשרת להשיג שנאי קומפקטי יותר.
אם נשווה שנאים עם אותו הספק כולל של ליבות טורואידיות וצורת W, הטורואיד יתפוס פחות מקום, בנוסף, פני השטח של המעגל המגנטי הטורואידי מכוסים לחלוטין על ידי הפיתולים, אין עול ריק, כפי שהוא המארז עם גרעינים משורינים בצורת W או דמוי מוט. רשת החשמל כוללת, בפרט, שנאי ריתוך בהספק של עד 6 קילוואט. שנאי רשת מסווגים כמובן כשנאים בתדר נמוך.
שנאי אוטומטי
סוג אחד של שנאי בתדר נמוך הוא שנאי אוטומטי שבו הפיתול המשני הוא חלק מהראשוני או הראשוני הוא חלק מהמשני. כלומר, בשנאי האוטומטי, הפיתולים מחוברים לא רק מגנטית, אלא גם חשמלית. מספר לידים עשויים מסליל אחד ומאפשרים לך לקבל מתחים שונים מסליל אחד בלבד.
היתרון העיקרי של השנאי האוטומטי הוא העלות הנמוכה שלו, שכן משתמשים בפחות חוט לפיתולים, פחות פלדה לליבה, וכתוצאה מכך המשקל קטן מזה של שנאי רגיל.החיסרון הוא היעדר בידוד גלווני של הסלילים.
רובוטריקים אוטומטיים משמשים בהתקני בקרה אוטומטיים ונמצאים בשימוש נרחב גם ברשתות חשמל במתח גבוה. רובוטריקים אוטומטיים תלת פאזיים עם חיבור דלתא או כוכב ברשתות חשמל מבוקשים היום.
שנאי כוח אוטומטי זמינים בהספקים של עד מאות מגה וואט. רובוטריקים אוטומטיים משמשים גם להפעלת מנועי AC חזקים. שנאים אוטומטיים שימושיים במיוחד עבור יחסי טרנספורמציה נמוכים.
שנאי אוטומטי במעבדה
מקרה מיוחד של שנאי אוטומטי הוא שנאי אוטומטי במעבדה (LATR). זה מאפשר לך להתאים בצורה חלקה את המתח המסופק למשתמש. עיצוב LATR הוא שנאי טורואידי עם פיתול בודד בעל "מסילה" לא מבודדת מסיבוב לפנייה, כלומר אפשר להתחבר לכל אחד מהסיבובים של הפיתול. מגע מסלול מסופק על ידי מברשת פחם הזזה הנשלטת על ידי כפתור סיבובי.
אז אתה יכול לקבל את המתח האפקטיבי בגדלים שונים על העומס. כוננים חד פאזיים טיפוסיים מאפשרים לך לקבל מתחים מ-0 עד 250 וולט, ותלת פאזיים - מ-0 עד 450 וולט. LATRs עם הספק של 0.5 עד 10 קילוואט פופולריים מאוד במעבדות לצורך כוונון ציוד חשמלי.
שנאי זרם
שנאי זרם נקרא שנאי שהפיתול הראשי שלו מחובר למקור זרם והפיתול המשני למכשירי הגנה או מדידה בעלי התנגדות פנימית נמוכה. הסוג הנפוץ ביותר של שנאי זרם הוא שנאי זרם מכשיר.
הפיתול הראשוני של שנאי הזרם (בדרך כלל רק סיבוב אחד, חוט אחד) מחובר בסדרה במעגל שבו רוצים למדוד את זרם החילופין. מסתבר שהזרם של הפיתול המשני הוא פרופורציונלי לזרם הראשוני, בעוד שהפיתול המשני חייב בהכרח להיות טעון, כי אחרת המתח של הפיתול המשני יכול להיות גבוה מספיק כדי לשבור את הבידוד. כמו כן, אם הפיתול המשני של ה-CT נפתח, המעגל המגנטי פשוט יישרף מהזרמים הבלתי מפוצצים המושרים.
בניית השנאי הזרם היא ליבה עשויה מפלדת חשמלית מגולגלת סיליקון למינציה שעליה מלופפים פיתולים משניים מבודדים אחד או יותר. הפיתול העיקרי הוא לעתים קרובות פשוט פס או חוט עם זרם נמדד שעבר דרך חלון המעגל המגנטי (אגב, עיקרון זה משמש על ידי מד מהדק). המאפיין העיקרי של שנאי זרם הוא יחס הטרנספורמציה, למשל 100/5 A.
שנאי זרם נמצאים בשימוש נרחב למדידת זרם ובמעגלי הגנת ממסר. הם בטוחים מכיוון שהמעגלים הנמדדים והמשניים מבודדים זה מזה באופן גלווני. בדרך כלל, שנאי זרם תעשייתי מיוצרים עם שתי קבוצות או יותר של פיתולים משניים, שאחת מהן מחוברת להתקני הגנה, והשנייה למכשיר מדידה, כגון מונים.
שנאי דופק
כמעט בכל ספקי הכוח החשמליים המודרניים, בממירים שונים, במכונות ריתוך ובממירים חשמליים אחרים בהספק והספק נמוך, נעשה שימוש בשנאי פולסים.כיום, מעגלי דופק החליפו כמעט לחלוטין שנאים כבדים בתדר נמוך בליבות פלדה למינציה.
שנאי דופק טיפוסי הוא שנאי ליבת פריט. צורת הליבה (מעגל מגנטי) יכולה להיות שונה לחלוטין: טבעת, מוט, כוס, בצורת W, בצורת U. היתרון של פריטים על פני פלדת שנאי ברור - שנאים מבוססי פריט יכולים לפעול בתדרים של עד 500 קילו-הרץ או יותר.
מכיוון ששנאי הפולסים הוא שנאי בתדר גבוה, ממדיו מצטמצמים משמעותית ככל שהתדר עולה. נדרש פחות חוט עבור הפיתולים וזרם השדה מספיק כדי להשיג זרם בתדר גבוה בלולאה הראשית, IGBT או טרנזיסטור דו-קוטבי, לפעמים כמה, בהתאם לטופולוגיה של מעגל אספקת הכוח הדופק (קדימה - 1, דחיפה-משיכה - 2, חצי גשר - 2, גשר - 4).
למען ההגינות, נציין שאם נעשה שימוש במעגל אספקת חשמל הפוך, אז השנאי הוא בעצם משנק כפול, שכן תהליכי הצטברות ושחרור החשמל במעגל המשני מופרדים בזמן, כלומר, הם לא ממשיכים. בו-זמנית, לכן, עם מעגל בקרת flyback, זה עדיין משנק אבל לא שנאי.
מעגלי פולסים עם שנאים ומשנקי פריט נמצאים היום בכל מקום, מנטלים של מנורות חסכוניות ומטענים של גאדג'טים שונים, ועד למכונות ריתוך וממירים רבי עוצמה.
שנאי זרם דופק
כדי למדוד את גודל ו(או) כיוון הזרם במעגלי דחף, משתמשים לרוב בשנאי זרם דחף, שהם ליבת פריט, לרוב בצורת טבעת (טורואידית), עם פיתול אחד.חוט מועבר דרך הטבעת של הליבה, את הזרם שבו יש לבחון, ואת הסליל עצמו נטען על נגד.
לדוגמה, הטבעת מכילה 1000 סיבובים של חוט, אז היחס בין הזרמים של הראשוני (חוט הברגה) והפיתול המשני יהיה 1000 ל-1. אם פיתול הטבעת מועמס על נגד בעל ערך ידוע, אז המתח הנמדד על פניו יהיה פרופורציונלי לזרם של הסליל, מה שאומר שהזרם הנמדד הוא פי 1000 מהזרם דרך הנגד הזה.
התעשייה מייצרת שנאי זרם דחף עם יחסי טרנספורמציה שונים. המעצב צריך לחבר רק נגד ומעגל מדידה לשנאי כזה. אם אתה רוצה לדעת את כיוון הזרם, לא את גודלו, אז פיתול השנאי הנוכחי נטען פשוט על ידי שתי דיודות זנר מנוגדות.
תקשורת בין מכונות חשמל ושנאים
שנאים חשמליים כלולים תמיד בקורסי מכונות חשמל הנלמדים בכל ההתמחויות של הנדסת חשמל של מוסדות חינוך. במהותו, שנאי חשמלי אינו מכונה חשמלית, אלא מכשיר חשמלי, שכן אין חלקים נעים, אשר הימצאותם היא מאפיין אופייני לכל מכונה כסוג של מנגנון. מסיבה זו, הקורסים המוזכרים, ב כדי למנוע אי הבנות, יש לכנות "קורסים של מכונות חשמליות ושנאים חשמליים".
הכללת שנאים בכל קורסי המכונות החשמליות נובעת משתי סיבות.האחד הוא ממקור היסטורי: אותם מפעלים שבנו מכונות חשמליות AC בנו גם שנאים, מכיוון שעצם הימצאותם של שנאים העניקה למכונות AC יתרון על מכונות DC, מה שבסופו של דבר הוביל לדומיננטיות שלהם בתעשייה. ועכשיו אי אפשר לדמיין מתקן AC גדול ללא שנאים.
אולם עם התפתחות הייצור של מכונות זרם חילופין ושנאים, נוצר צורך לרכז את ייצור השנאים במפעלי שנאים מיוחדים. העובדה היא שבשל האפשרות להעביר זרם חילופין באמצעות שנאים למרחקים ארוכים, העלייה במתח הגבוה יותר של שנאים הייתה מהירה בהרבה מהעלייה במתח של מכונות חשמליות בזרם חילופין.
בשלב הנוכחי של הפיתוח של מכונות חשמליות בזרם חילופין, המתח הרציונלי הגבוה ביותר עבורן הוא 36 קילו וולט. במקביל, המתח הגבוה ביותר בשנאים חשמליים המיושמים בפועל הגיע ל-1150 קילוואט. מתחי שנאים גבוהים כל כך והפעלתם על קווי מתח עיליים החשופים לברק הובילו לבעיות שנאים מאוד ספציפיות שזרות למכונות חשמליות.
זה הוביל לייצור של בעיות טכנולוגיות שונות כל כך מהבעיות הטכנולוגיות של הנדסת חשמל עד שהפרדת שנאים לייצור עצמאי הפכה לבלתי נמנעת. כך, הסיבה הראשונה - החיבור התעשייתי שגרם לשנאים להיות קרובים למכונות חשמליות - נעלמה.
הסיבה השנייה היא בעלת אופי עקרוני והיא מורכבת מהעובדה שהשנאים החשמליים המשמשים בפועל, כמו גם המכונות החשמליות, מבוססים על עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית (חוק פאראדיי), - נשאר קשר בלתי מעורער ביניהם. יחד עם זאת, על מנת להבין תופעות רבות במכונות זרם חילופין, ידע על התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בשנאים הוא הכרחי לחלוטין, ויתרה מכך, ניתן לצמצם את התיאוריה של מחלקה גדולה של מכונות זרם חילופין לתיאוריה של שנאים, ובכך מקלים על השיקול התיאורטי שלהם.
לכן, בתורת מכונות זרם חילופין תופסת תורת השנאים מקום חזק, שממנו, עם זאת, לא נובע שניתן לקרוא לשנאים מכונות חשמליות. בנוסף, יש לזכור כי לשנאים יש הגדרת יעדים ותהליך המרת אנרגיה שונה ממכונות חשמליות.
מטרתה של מכונה חשמלית היא להמיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית (גנרטור) או להיפך, אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית (מנוע), בינתיים בשנאי אנו עוסקים בהמרה של סוג של אנרגיה חשמלית זרם חילופין לסירוגין אנרגיה חשמלית נוכחית. זרם מסוג אחר.