Konstruktion af en Transformer

Transformerkonstruktion og nøglekomponenter

En transformer består primært af en magnetisk kredsløb, elektrisk kredsløb, dielektrisk kredsløb, tank og hjælpekomponenter. Dens kerneelementer er primær/sekundær vindinger og en stålkerne, hvor kernen er konstrueret af siliciumstål for at danne en kontinuerlig magnetisk bane. Transformerkerner er typisk lamellerede for at minimere eddystrømstab.

Magnetisk kredsløb

Magnetiske kredsløb består af kernen og yoke, som giver en vej for magnetisk flux. Det har en lamelleret stålkerne med to isolerede spoler (primær og sekundær), som er adskilt fra hinanden og kernen.

• Kerne materiale: Lamelleret stål eller siliciumstålplader, valgt på grund af deres lave hysteresstab ved standard fluxtætheder.

• Konstruktionstermer:

• Limbs: Vertikale sektioner, hvor spoler er vundet.

• Yoke: Horisontale sektioner, der forbinder limbs for at fuldføre den magnetiske bane.

Elektrisk kredsløb

Det elektriske kredsløb består af primære og sekundære vindinger, typisk lavet af kobber:

• Leadertype:

• Rektangulære tværsnitsledere: Bruges til lavspændingsvindinger og højspændingsvindinger i store transformatorer.

• Cirkulære tværsnitsledere: Anvendes i højspændingsvindinger af små transformatorer.

Transformatorer er klassificeret efter kernekonstruktion og vindingsplacering i:

Kernetype-transformator-konstruktion

I kernetype-transformatordesign dannes kernen ved at lamellere rektangulære ramme-strukturer. Lamellerne er typisk skåret i L-formede striber, som vist på figuren nedenfor. For at minimere magnetisk modstand ved lamelleforbindelser er alternativ lag placeret i et forskydningsmønster, hvilket eliminerer kontinuerte forbindelseslinjer og sikrer en jævn magnetisk bane.

Primære og sekundære vindinger er interponeret for at minimere leckageflux, med halvdelen af hver vindings arrangeret enten side om side eller koncentrisk på hver kerne-limb. Under placering indføres Bakelite former-isolation mellem kernen og lavspændings (LV) vindingen, mellem LV og højspændings (HV) vindinger, mellem spoler og yoke, og mellem HV-limb og yoke, som afbildet på figuren nedenfor. LV-vindingen er placeret tættere på kernen for at reducere isolationskrav, hvilket optimerer både materialudnyttelse og elektrisk sikkerhed.

Skaltype-transformator-konstruktion

I en skaltype-transformator bliver individuelle lameller skåret i lange E- og I-formede striber (som vist på figuren nedenfor), der danner to magnetiske kredsløb med en tre-limb-kerne. Den centrale limb, dobbelt så bred som de ydre limber, bærer den totale magnetiske flux, mens hver ydre limb føre halvdelen af fluxen, hvilket optimerer magnetisk effektivitet og minimere leckage.

Skaltype-transformator-design og transformatorkomponenter

Skaltype-transformator-vinding og kernes truktur

Leckageflux i skaltype-transformatorer reduceres ved at opdele vindinger, hvilket reducerer reaktans. Primære og sekundære vindinger er samlokaliserede på den centrale limb: lavspændings (LV) vindingen sidder tæt på kernen, med højspændings (HV) vindingen pakket omkring den. For at reducere lamelleomkostninger formes vindingerne forud i cylindriske former, med kernlameller indsat derefter.

Dielektrisk kredsløb

Dielktrisk kredsløb består af isolerende materialer, der adskiller ledende dele. Kernlameller (0,35–0,5 mm tykke for 50 Hz-systemer) er overtrukket med lack eller en oksidlag for at minimere eddystrømstab og sikre elektrisk isolation mellem lagene.

Tanke og tilbehør

Conservator

En cylinderformet tanke monteret på transformatorhovedtankens tag, fungerer conservatoren som en isolerende olie-reservoir. Den rummer olierudvidelse under fuld belastning, forhindrer trykbygning, når temperaturen fluktuere.

Puster

Funktioner som transformatorens "hjerte," regulerer puster luftintag under oliens udvidelse/kontraktion. Silica gel inde absorberer fugt fra indkommende luft, bevarer olikvaliteten: frisk blå gel farver rød, når den mættes, med tør gel i stand til at sænke luftens daggpunkt under -40°C.

Eksploderingsventil

En tynd aluminiums-rør installeret på begge ender af transformator, reliverer eksploderingsventilen ekstremt intern pres, som skyldes pludselige temperaturstigninger, beskytter transformator mod skade.

Radiator

Afbrydelige radiator-enheder køler transformatorolie via naturlig konvektion: varmet olie stiger ind i radiator, køles, og returnerer til tanken gennem ventil, vedligeholder en kontinuerlig kølingssyklus.

Bushings

Isolerende enheder, der tillader elektriske ledere at passere gennem tanken, bushings udmærker sig ved høje spændingsfelt. Små transformatorer bruger solide porcelæns-bushings, mens store enheder anvender oliefyldte kondensator-type bushings. Fugtindtrængen er en primær fejlmode, detekterbar via power factor tests (f.eks., Doble Power Factor Test), der overvåger isolationsdegradering.