רובוטריקים הם הציוד המוכר ביותר במערכות חשמל. הם גדולים, ייחודיים, פשוטים בעקרון אבל דורשים תחזוקה רבה, מה שגורם להם להיראות הרבה יותר מהותיים מ'כבלים'. בתרשים רשת החשמל, שנאים הם כמו צמתי עמוד השדרה, בעוד שציוד אחר משמש כחיבורים שלהם.

מאמר זה יציג את הרכיבים, העקרונות, הפונקציות, הסיווג ותרחישי היישום של שנאים.

1.הרכב של שנאי

שנאי מורכב בעיקר מליבה ומפיתולים.

הליבה משמשת כנתיב המעגל המגנטי של השנאי, בעוד שהפיתולים הם חלק המעגל החשמלי, שנעשה על ידי פיתול מספר מסוים של סיבובים של חוט מצופה אמייל-.

זה המחובר למקור הכוח נקרא הפיתול הראשוני, הידוע גם בשם הסליל הראשי. זה המחובר לעומס נקרא פיתול משני, הידוע גם בשם סליל משני, או פיתול הצד המשני.

הצורות הבסיסיות של מבני הליבה הן סוג הליבה בצורת -לב וסוג המעטפת.

• שנאי ליבה בצורת-לב

העמודות של שנאי מסוג ליבה- מוקפות בפיתולים. במילים פשוטות, הפיתולים מקיפים את הליבה, מה שהופך את המבנה לפשוט יחסית וקל יותר להרכבה ולבידוד, וזו הסיבה ששנאים משתמשים לרוב במבנה מסוג -ליבה.

• שנאי-של מעטפת

בשנאי מסוג-מעטפת, הליבה מקיפה את הפיתול. לשנאים מסוג-מעטפת יש חוזק מכני גבוה ופינות בולטות, אך תהליך הייצור שלהם מורכב ודורש יותר חומרים. הם משמשים בדרך כלל רק בשנאי מתח-נמוכים,-זרמים גבוהים או שנאי כוח-קטנים.

2. עקרון עבודה בסיסי של שנאי

שנאי פועל על בסיס העיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית.

כאשר ספק כוח AC מתאים מחובר לשני הקצוות של הפיתול הראשי, תחת פעולת מתח האספקה ​​u₁, זרם AC i₀ זורם דרך הפיתול הראשוני, ויוצר כוח מגנטו-מוטיב בפיתול הראשוני. זה מעורר שטף מגנטי לסירוגין ϕ בליבה. השטף המתחלף הזה ϕ מקשר הן את הפיתולים הראשוניים והן המשניים. על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, כוחות אלקטרו-מוטיבים המושרים ה₁וה₂נוצרים בפיתולים הראשוניים והמשניים, בהתאמה. בהשפעת הכוח האלקטרומוטיבי המושרה ה₂, הפיתול המשני יכול לספק כוח לעומס, להשיג העברת אנרגיה.

היחס בין הכוחות האלקטרו-מוטוריים המושרים בפיתולים הראשוניים והמשניים שווה ליחס מספר הסיבובים בפיתולים הראשוניים והמשניים. גודל הכוח האלקטרומוטיבי המושרה ה₁בצד הראשוני קרוב למתח המופעל u₁בצד הראשוני, בעוד שגודל הכוח האלקטרומוטיבי המושרה e₂בצד המשני קרוב למתח המוצא u₂בצד המשני.

לכן, פשוט על ידי שינוי מספר הסיבובים בפיתול הראשוני או המשני פעם או פעמיים, מתח המוצא u₂ניתן להתאים. זהו עקרון העבודה הבסיסי של שנאי, המשתמש בעקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית כדי להמיר מקור מתח AC ברמת מתח אחת למקור מתח AC באותו תדר אך ברמת מתח שונה.

2. פונקציות בסיסיות של שנאי

הפונקציות הבסיסיות של שנאי כוללות המרת מתח, המרת זרם, המרת עכבה, בידוד וויסות מתח.

שינוי מתח: רובוטריקים יכולים להגדיל או להקטין את המתח של זרם חילופין כדי לענות על צורכי חשמל שונים. לדוגמה, שנאי שלב-למעלה משמש להגברת המתח מתחנת כוח כדי לצמצם אובדן אנרגיה במהלך השידור, בעוד שנאי שלב-למטה משמש להורדת מתח גבוה למתח שימוש בטוח.

טרנספורמציה זרם: על ידי שינוי המתח, שנאי משנה גם את הזרם בהתאם. לפי חוק שימור הכוח, כאשר המתח עולה, הזרם יורד ולהיפך. מאפיין זה הופך את השנאים לחשובים מאוד בהעברת כוח, מכיוון שהם יכולים לנהל ביעילות עומסי זרם.

טרנספורמציה של עכבה: רובוטריקים יכולים לשנות את העכבה של מעגל, מה שהופך אותו למתאים יותר לתנאי עומס שונים. זה חשוב במיוחד בציוד שמע והתקנים אלקטרוניים אחרים, מכיוון שהוא יכול לשפר את יעילות העברת האות.

בידוד: רובוטריקים יכולים לספק בידוד חשמלי, להגן על בטיחות הציוד והמשתמשים. בידוד זה יכול למנוע ממתח גבוה לפגוע בציוד במתח נמוך-, מה שמבטיח את הפעולה הבטוחה של הציוד.

ויסות מתח: ניתן להשתמש בסוגים מסוימים של שנאים (כגון כורים רוויים) לוויסות מתח, המסייעים בשמירה על יציבות המתח ומבטיחים את האמינות והיציבות של מערכת החשמל.

4. סיווג רובוטריקים

4.1 מסווג לפי קיבולת

• שנאי קטן: מתח מתחת ל-10KV, קיבולת בין 1 ל-500KVA.

• שנאים קטנים ובינוניים-בגודל: מתח של 35 קילוואט ומטה, קיבולת מ-630 עד 6300 קילוואט.

• שנאים גדולים: מתח של 110 קילוואט ומטה, קיבולת בין 8000 ל-63000 קילוואט.

4.2 מסווג לפי שימוש

• שנאי כוח: משמש להגברה, ירידה, הפצה וחיבור הדדי במערכות הולכה והפצת חשמל, או משמש במיוחד כשנאים לתחנות כוח ותחנות משנה.

• שנאי מכשירים: כגון שנאי מתח ושנאי זרם, המשמשים למדידה והתקני הגנה ממסר.

• שנאי כוח: משמש לבקרה של אספקת חשמל, תאורה ומחוונים של ציוד מכני כללי.

• שנאי אלקטרוני: משמש במעגלים אלקטרוניים כגון ספקי כוח-במצב מתג, התאמת אודיו, דופק ועכבה.

• בדיקה שנאי: מסוגל לייצר מתח גבוה כדי לבצע בדיקות מתח גבוה- בציוד חשמלי.

• שנאים מיוחדים: כגון שנאי תנורים חשמליים, שנאי מיישרים, שנאים לוויסות מתח וכו'.

4.3 מסווג לפי מספר השלבים של פיתולי שנאי

• שנאי-חד-פאזי: משמש לעומסים-חד-פאזיים ולבנקים של שנאים תלת-פאזיים.

• שנאי תלת-פאזי: משמש להגברת או הורדת המתח במערכות תלת-.

4.4 מסווג לפי שיטת קירור שנאי

• שנאי מסוג -יבש: מקורר באמצעות הסעת אוויר, משמש בדרך כלל עבור שנאים בעלי קיבולת- קטנה כגון תאורה מקומית ומעגלים אלקטרוניים.

• שנאי-שקוע בשמן: שנאי המשתמש בשמן שנאי כמדיום הבידוד והקירור, כאשר הליבה והפיתולים טבולים לחלוטין בשמן הבידוד.

4.5 מסווג לפי סוג חיבור מתפתל שנאי

• שנאי כפול-מתפתל: משמש לחיבור שתי רמות מתח במערכת החשמל.

• שנאי תלת-מתפתל: משמש בדרך כלל בתחנות משנה אזוריות של מערכת החשמל לחיבור שלוש רמות מתח.

• שנאי אוטומטי: הפיתולים הראשוניים והמשניים משולבים לאחד, המשמש לחיבור מערכות חשמל במתחים שונים. זה יכול לשמש גם כשנאי רגיל-למעלה או לעלות-למטה.

4.6 מסווג לפי תדר הפעלה של שנאי

• שנאי תדר חשמל: תדר ההפעלה שלו הוא 50Hz או 60Hz.
• שנאי תדר ביניים: תדר ההפעלה שלו הוא 400–1000 הרץ.
• שנאי תדר שמע: תדר ההפעלה שלו הוא 20Hz–20kHz.

• שנאי תדר על-קולי: תדר ההפעלה שלו הוא מעל 20 קילו-הרץ, בדרך כלל אינו עולה על 100 קילו-הרץ.

• שנאי-תדר גבוה: שנאי עם תדר פעולה הנעים בין 20 הרץ למעל 100 קילו-הרץ.

5. תרחישי יישום של רובוטריקים

5.1 מערכת חשמל

• תחנות כוח: רובוטריקים משמשים להגברת המתח שנוצר על ידי גנרטורים להולכה לרשת החשמל, מה שמאפשר העברה-ת של חשמל למרחקים ארוכים.

• תחנות משנה: בתחנות משנה, שנאים ממירים חשמל-במתח גבוה לחשמל במתח נמוך-כדי לענות על הצרכים של ציוד חשמלי שונים. במקביל, שנאים יכולים גם לבצע פונקציות כמו פיצוי הספק תגובתי והתאמת מתח, מה שמבטיח את הפעולה היציבה של מערכת החשמל.

• קווי הולכה: בקווי תמסורת, שנאים משמשים להגברת המתח כדי להפחית את אובדן האנרגיה, תוך השגת העברת חשמל יעילה-למרחקים ארוכים.

5.2 המגזר האזרחי

• חשמל ביתי: שנאי כוח ממירים חשמל- במתח גבוה לחשמל במתח נמוך- המתאים לשימוש ביתי, ומבטיחים צריכת חשמל רגילה לתושבים.

• טעינת סוללות: בין אם מדובר במחשב נייד, טלפון או רכב חשמלי, מכשירים אלו דורשים סוללות כדי לפעול, וטעינת הסוללות דורשת שנאי. תפקידו העיקרי של שנאי הוא לווסת מתח ולמנוע זרמי דליפה או זרמי נחשול לעבור דרך המכשירים.

5.3 שדה תקשורת

שנאי תקשורת משמשים במעגלי מסוף טלפון ובמוצרי קו מטען כדי לווסת את האיכות והמצב של מעגלי תקשורת. בנוסף, שנאי תקשורת נמצאים בשימוש נרחב במודמי כבלים, כרטיסי רשת, רכזות, ציוד תקשורת בפס רחב xDSL, מתגים, מקלטי משדר סיבים אופטיים, נתבים, מערכות משובצות והתקני תקשורת ברשת VoIP.

5.4 יישומים מיוחדים אחרים

• ציוד אודיו: שנאי אודיו משמשים בדרך כלל כדי לספק בידוד לאותות הזורמים במעגל ולעזור להתאים את ערכי העכבה של המקור והעומס. הם יכולים גם לחסל אותות לא רצויים או רועשים ולסנן את אות הקלט. סוגים אלו של שנאים מתוכננים במיוחד לטיפול באותות בטווח הנשמע, כלומר, אותות עם תדרים בין 20 הרץ ל- 20 קילו-הרץ.

• מכשירי מדידה: מדי זרם, מדי מתח וכלי מדידה שונים והתקני מדידה אחרים משתמשים בדרך כלל בשנאים לתפעול כללי. לדוגמה, שנאי מדידת זרם מספקים בטיחות הכרחית למעגל על ​​ידי בידוד מכשיר המדידה משאר המעגל ודיכוי או הורדת זרמים גדולים לערכים אופטימליים לפני הזנתם למד הזרם.

• תיקון: שנאי מיישרים יכולים להמיר AC ל-DC, עם יישומים הכוללים בקרת מנוע, כרייה, תנורים חשמליים, מעבדות מחקר ופיתוח, שידור DC-במתח גבוה ועוד.