Изграждане на трансформатор

Конструкция на трансформатор и ключови компоненти

Трансформаторът в основни линии се състои от магнитен път, електрически път, диелектричен път, резервоар и допълнителни компоненти. Неговите основни елементи са первичната/вторичната обмотка и стоманеното ядро, при което ядрото е изработено от кремиковата стомана, за да се образува непрекъснат магнитен път. Ядрата на трансформаторите обикновено са ламинирани, за да се минимизират загубите от вихреви токове.

Магнитен път

Магнитният път се състои от ядрото и рамката, предоставяйки път за магнитния поток. Той включва ламинирано стоманено ядро с две изолирани обмотки (первична и вторична), които са изолирани една от друга и от ядрото.

• Материал на ядрото: Ламинирана стомана или кремиковостоманени плочи, избрани поради ниските им загуби от хистерезис при стандартни гъстини на магнитния поток.

• Структурни термини:

• Рамена: Вертикални секции, в които се намотават обмотките.

• Рамка: Хоризонтални секции, свързващи рамената, за да завършат магнитния път.

Електрически път

Електрическият път включва первични и вторични обмотки, обикновено направени от мед:

• Типове проводници:

• Проводници с правоъгълен профил: Използвани за нисконапрегови обмотки и високонапрегови обмотки в големите трансформатори.

• Проводници с кръгъл профил: Използвани в високонапреговите обмотки на малките трансформатори.

Трансформаторите се класифицират според конструкцията на ядрото и разположението на обмотките като:

Конструкция на трансформатор с ядро

В конструкцията на трансформатора с ядро, ядрото се формира чрез ламиниране на правоъгълни рамкови структури. Ламинациите обикновено се режат на L-образни ленти, както е показано на фигурата по-долу. За да се минимизира магнитното противодействие в местата на ламинациите, череспречно се подреждат череспречни слоеве, елиминирайки непрекъснати линии на съединения и осигурявайки плавен магнитен път.

Первичните и вторичните обмотки се интерлекуват, за да се минимизира утечката на магнитен поток, с половината от всяка обмотка, разположена близо до или концентрично около всяко рамо на ядрото. По време на разположението, между ядрото и нисконапреговата (НН) обмотка, между НН и високонапреговата (ВН) обмотка, между обмотките и рамката, и между ВН рамото и рамката, се вмъква изолация от бакелит, както е показано на фигурата по-долу. НН обмотката е разположена по-близо до ядрото, за да се намалят изолационните изисквания, оптимизирайки ефективността на материала и електрическата безопасност.

Конструкция на трансформатор с корпус

В трансформатора с корпус, отделните ламинации се режат на дълги E- и I-образни ленти (както е показано на фигурата по-долу), формирайки два магнитни пътя с трираменно ядро. Централното рамо, два пъти по-широко от външните рамена, пренася общия магнитен поток, докато всяко външно рамо пренася половината поток, оптимизирайки магнитната ефективност и минимизирайки утечката.

Дизайн на трансформатор с корпус и компоненти на трансформатора

Обмотка и конструкция на ядрото на трансформатора с корпус

Утечката на магнитен поток в трансформаторите с корпус се минимизира чрез делене на обмотките, намаляване на реактивността. Первичните и вторичните обмотки са разположени на централното рамо: нисконапреговата (НН) обмотка е разположена близо до ядрото, а високонапреговата (ВН) обмотка е обвита около нея. За да се намалят разходите за ламинации, обмотките се предварително формират в цилиндрични форми, след което се вмъква ядрото.

Диелектричен път

Диелектричният път включва изолиращи материали, които разделят проводивите части. Ламинациите на ядрото (0,35–0,5 мм дебели за системи на 50 Hz) са покрити с лак или оксиден слой, за да се минимизират загубите от вихреви токове и да се осигури електрическа изолация между слоевете.

Резервоари и аксесоари

Запазвач

Цилиндричен резервоар, монтиран на покрива на главния резервоар на трансформатора, запазвачът действа като резервоар за изолиращо масло. Той вместителства разширението на маслото при пълна нагрузка, предотвратявайки нарастването на налягането при колебания на температурата.

Дишалка

Функционирайки като "сърце" на трансформатора, дишалката регулира впускането на въздух при разширение/свиване на маслото. Силикагелът вътре абсорбира влага от входящия въздух, запазвайки качеството на маслото: свежият син гел се превръща в розов, когато се насити, а сухият гел може да снижи точката на роса на въздуха под -40°C.

Взривна вентилация

Тънка алуминиева тръба, инсталирана на двете страни на трансформатора, взривната вентилация облекчава прекомерното вътрешно налягане, причинено от внезапни температурни скачания, защитавайки трансформатора от повреди.

Радиатор

Отделни радиаторни единици охлаждат маслото на трансформатора чрез естествена конвекция: нагретото масло се издига в радиатора, охлажда се и се връща обратно в резервоара през клапи, поддържайки непрекъснат процес на охлаждане.

Изолятори

Изолиращи устройства, позволяващи електрическите проводници да минават през резервоара, изоляторите издържат високонапрегови полета. Малките трансформатори използват твърди порцеланови изолятори, докато големите единици използват маслонапълнени кондензаторни типове изолятори. Влагата е основен режим на отказ, откриваем чрез тестове на фактора на мощност (например, Doble Power Factor Test), които мониторират декаденцията на изолацията.