Projekt transformatora mocy
Transformator to maszyna elektryczna, która przetwarza prąd przemienny o jednym napięciu na prąd przemienny o innym napięciu.
Główne elementy konstrukcyjne transformatorów mocy: korpus, rdzeń, uzwojenia, urządzenie chłodzące, przepusty i urządzenia zabezpieczające (ekspander, rura wydechowa i przekaźnik gazowy).
Uzwojenia transformatora są rozmieszczone w taki sposób, że strumień magnetyczny wytwarzany przez uzwojenie pierwotne przenika przez większość uzwojeń wtórnych. Wymóg ten zapewnia konstrukcja stalowego rdzenia, który stanowi zamknięty obwód magnetyczny. W zależności od wzajemnego ułożenia uzwojeń i układu magnetycznego wyróżnia się dwa główne typy transformatorów: prętowe i twornikowe.
W transformatorze prętowym uzwojenia znajdują się na prętach rdzenia, które są połączone jarzmami zamykającymi obwód magnetyczny. Typ pręta jest używany do zasilaczy i szeregu specjalnych transformatorów. Transformator pancerny wykorzystuje rozgałęziony obwód magnetyczny, który zakrywa uzwojenie, jakby je „opancerzał”.Struktura rdzenia przypominająca zbroję jest szczególnie stosowana w małych transformatorach jednofazowych.
Trójfazowy transformator prętowy:
Obwód magnetyczny transformatora, zwany rdzeniem, składa się z blach ze stali stopowej. Aby nie zamykać arkuszy, są one wstępnie powlekane cienką warstwą lakieru lub klejone papierem.
Rdzeń składa się z prętów niosących cewki i jarzma zamykającego obwód magnetyczny. Przekrój rdzenia powinien być jak najbardziej zbliżony do kształtu cewek.
W uzwojeniach prostokątnych przekrój rdzenia jest prostokątny. Z okrągłym — rdzeń ma sekcję wielopoziomową. Jeśli rdzeń ma duży przekrój poprzeczny, wówczas wykonuje się podłużne kanały powietrzne w celu odprowadzania ciepła, dzieląc rdzeń na osobne pakiety.
Arkusze są ściągane razem za pomocą szpilek lub nitów. Pojedynczych arkuszy nie wolno łączyć ze sobą, ponieważ w płaszczyźnie styku mogą wystąpić prądy wirowe. Aby arkusze nie zamykały się przez kołki i nity, umieszcza się na nich rurki izolacyjne. Nakrętki i główki nitów są odizolowane od rdzeniowych płyt prasujących za pomocą elektrycznych podkładek kartonowych.
W transformatorach stosowane są dwa rodzaje uzwojeń: tarczowe i cylindryczne.
W przypadku konstrukcji uzwojenia w kształcie dysku, uzwojenia pierwotne i wtórne są podzielone na szereg płaskich uzwojeń w kształcie dysku, które są naprzemienne szeregowo na rdzeniu transformatora.
W uzwojeniu cylindrycznym uzwojenia pierwotne i wtórne są ułożone koncentrycznie względem siebie. Uzwojenie niskiego napięcia jest zwykle umieszczane bliżej rdzenia, ponieważ łatwiej jest odizolować je od stali.
Przy wykonywaniu uzwojeń należy rozróżnić izolację poszczególnych drutów, izolację między warstwami i uzwojeniami, izolację między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym (wtórnym) oraz izolację uzwojeń względem rdzenia.
Uzwojenia transformatora wykonane są z drutu miedzianego pokrytego izolacją. Do izolacji drutów nawojowych stosuje się papier, czasem przędzę bawełnianą jedwabną, folię lakierniczą (emaliową) lub kilka warstw izolacji, np. warstwa lakieru i warstwa przędzy jedwabnej, warstwa papieru i warstwa przędzy bawełnianej itp.
Jako izolację między warstwami stosuje się przekładki papierowe. Uzwojenia są izolowane podkładkami lub uszczelkami z kartonu elektrycznego owiniętymi nasączoną olejem taśmą, papierem lub tkaniną.
Końce uzwojeń transformatora wyprowadzane są za pomocą przepustów, które izolują je od uziemionego korpusu (zbiornika).
Urządzenie transformatorowe:
Istnieją dwa podstawowe sposoby łączenia uzwojeń transformatora trójfazowego: połączenie w trójkąt i połączenie w gwiazdę. Gdy uzwojenia są połączone w trójkąt, napięcie fazowe jest równe napięciu sieciowemu, a prąd fazowy jest 1,73 razy mniejszy niż prąd sieciowy. Kiedy uzwojenia są połączone w gwiazdę, napięcie fazowe jest 1,73 razy mniejsze niż napięcie sieciowe, a prąd fazowy jest równy linii.
Metoda łączenia uzwojeń w transformatorze trójfazowym ma ogromne znaczenie, ponieważ od tego zależy kąt fazowy napięcia wtórnego względem pierwotnego. Przesunięcie fazowe między napięciem uzwojenia pierwotnego i wtórnego zależy również od kierunku uzwojenia cewek. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz tutaj: Schematy i grupy do łączenia uzwojeń transformatorów mocy
Gdzie projektuje się transformatory do wspólnej pracy równoległej, konieczne jest, aby chwilowe potencjały faz tych transformatorów były takie same. Transformatory, które mają takie samo przesunięcie fazowe między napięciami liniowymi uzwojeń wysokiego i niskiego napięcia, są przypisane do tej samej grupy połączeń uzwojeń, którym przypisywana jest liczba zgodnie z oznaczeniem godzinowym.
Do odizolowania uzwojenia od rdzenia oraz do odizolowania uzwojenia wysokiego napięcia od uzwojenia niskiego napięcia stosuje się cylindry twarde tłoczone z pieczonego papieru lub cylindry wykonane z tektury elektrycznej, tzw. cylindry miękkie.
W konstrukcji transformatora szeroko stosuje się specjalny olej mineralny (ropa naftowa), który nazywa się transformator… Zbiorniki napełnia się olejem transformatorowym i zanurza się w nim rdzeń z uzwojeniami. Ta konstrukcja jest przystosowana do transformatorów mocy dużej mocy, do transformatorów prostowniczych dużej mocy, do transformatorów impulsowych dużej mocy.
Olej transformatorowy, z którego usunięto wilgoć i zanieczyszczenia, czyli wysuszono i oczyszczono, jest dobrym izolatorem między uzwojeniami a metalową obudową. Ponadto olej transformatorowy, który ma wyższą przewodność cieplną niż powietrze, dobrze przewodzi ciepło z aktywnych części transformatora na zewnętrzne powierzchnie kadzi.
Wraz ze wzrostem mocy transformatora straty rosną szybciej niż jego wymiary geometryczne, co prowadzi do konieczności zwiększenia jego powierzchni chłodzącej. Zobacz szczegóły tutaj: Układy chłodzenia transformatorów mocy
W praktyce stosuje się urządzenia przetwarzające napięcie przemienne, w których uzwojenia pierwotne i wtórne są połączone elektrycznie. Urządzenia te nazywane są autotransformatorami.
Autotransformator różni się od konwencjonalnego transformatora tym, że jego uzwojenia pierwotne i wtórne są połączone nie tylko indukcyjnie (jak w konwencjonalnym transformatorze), ale także elektrycznie.
Zobacz też: Charakterystyki eksploatacyjne transformatorów mocy