Konstrukcja transformatora

Budowa transformatora i kluczowe komponenty

Transformator składa się głównie z obwodu magnetycznego, obwodu elektrycznego, obwodu dielektrycznego, kadłuba i elementów pomocniczych. Jego podstawowymi elementami są cewki pierwotne/pochodne i rdzeń stalowy, gdzie rdzeń jest konstruowany z krzemu dla tworzenia ciągłej ścieżki magnetycznej. Rdzenie transformatorów są zwykle laminowane, aby zminimalizować straty wirujące.

Obwód magnetyczny

Obwód magnetyczny składa się z rdzenia i klinówka, zapewniając ścieżkę dla natężenia indukcji magnetycznej. Zawiera on laminowany rdzeń stalowy z dwiema izolowanymi cewkami (pierwotną i pochodną), które są odseparowane od siebie i od rdzenia.

• Materiał rdzenia: Laminowana stal lub arkusze stali krzemu, wybrane ze względu na niskie straty hysteresyjne przy standardowych gęstościach natężenia indukcji magnetycznej.

• Terminy strukturalne:

• Ramiona: Pionowe sekcje, na których nawijane są cewki.

• Klinówka: Poziome sekcje łączące ramiona, uzupełniające ścieżkę magnetyczną.

Obwód elektryczny

Obwód elektryczny składa się z cewek pierwotnych i pochodnych, zazwyczaj wykonanych z miedzi:

• Typy przewodników:

• Przewodniki o przekroju prostokątnym: Używane w cewkach napięcia niskiego i wysokiego w dużych transformatorach.

• Przewodniki o przekroju okrągłym: Stosowane w cewkach napięcia wysokiego małych transformatorów.

Transformatory są klasyfikowane według konstrukcji rdzenia i rozmieszczenia cewek:

Konstrukcja transformatora typu rdzeniowego

W konstrukcji transformatora typu rdzeniowego, rdzeń jest formowany przez laminowanie ramowych struktur prostokątnych. Laminaty są zwykle cięte na paski w kształcie litery L, jak pokazano na rysunku poniżej. Aby zminimalizować reluctancję magnetyczną w miejscach połączeń laminatów, warstwy są ułożone naprzemiennie, eliminując ciągłe linie połączeń i zapewniając gładką ścieżkę magnetyczną.

Cewki pierwotne i pochodne są przeplatające, aby zminimalizować przeciek magnetyczny, z połową każdej cewki ułożoną obok siebie lub koncentrycznie na każdym ramieniu rdzenia. Podczas montażu, izolacja bakelitowa jest umieszczana między rdzeniem a cewką napięcia niskiego (N), między cewką N a cewką napięcia wysokiego (W), między cewkami a klinówką, oraz między ramieniem W a klinówką, jak pokazano na rysunku poniżej. Cewka N jest umieszczona bliżej rdzenia, aby zmniejszyć wymagania izolacyjne, optymalizując zarówno efektywność materiałów, jak i bezpieczeństwo elektryczne.

Konstrukcja transformatora typu obudowy

W transformatorze typu obudowy, poszczególne laminaty są cięte na długie paski w kształcie liter E i I (jak pokazano na rysunku poniżej), tworząc dwa obwody magnetyczne z trójramiennym rdzeniem. Środkowe ramię, o podwójnej szerokości zewnętrznych ramion, przeprowadza całkowite natężenie indukcji magnetycznej, podczas gdy każde zewnętrzne ramię przeprowadza połowę natężenia, optymalizując efektywność magnetyczną i minimalizując przeciek.

Konstrukcja i komponenty transformatora typu obudowy

Struktura cewek i rdzenia transformatora typu obudowy

Przeciek magnetyczny w transformatorach typu obudowy jest minimalizowany poprzez podział cewek, zmniejszając reaktancję. Cewki pierwotne i pochodne są umieszczone na środkowym ramieniu: cewka N siedzi obok rdzenia, z cewką W owiniętą wokół niej. Aby zmniejszyć koszty laminacji, cewki są preformowane w kształty cylindryczne, a laminacje rdzenia są wstawiane później.

Obwód dielektryczny

Obwód dielektryczny składa się z materiałów izolujących oddzielających części przewodzące. Laminaty rdzenia (o grubości 0,35–0,5 mm dla systemów 50 Hz) są pokrywane lakierem lub warstwą tlenku, aby zminimalizować straty wirujące i zapewnić izolację elektryczną między warstwami.

Zbiorniki i akcesoria

Zbiornik

Cylindryczny zbiornik zamontowany na dachu głównego zbiornika transformatora, zbiornik działa jako zbiornik oleju izolacyjnego. Przyjmując ekspansję oleju podczas pracy pełnej mocy, zapobiega powstaniu nadciśnienia, gdy temperatura się zmienia.

Oddychacz

Funkcjonujący jako "serce" transformatora, oddychacz reguluje dopływ powietrza podczas ekspansji/skurczu oleju. Wewnątrz znajduje się żel silika, który absorbuje wilgoć z wpływającego powietrza, zachowując jakość oleju: świeżo niebieski żel staje się różowy, gdy jest nasycony, a suchy żel może obniżyć punkt rosy powietrza poniżej -40°C.

Wentyl przeciwpożarowy

Cienki rurka aluminiowa zainstalowana na obu końcach transformatora, wentyl przeciwpożarowy zwalnia nadmiarowe ciśnienie wewnętrzne spowodowane nagłym wzrostem temperatury, chroniąc transformator przed uszkodzeniem.

Radiator

Odempielne jednostki radiatorskie chłodzą olej transformatora poprzez naturalną konwekcję: rozgrzany olej wznosi się do radiatorskiego, stygnie i wraca do zbiornika przez zawory, utrzymując ciągły cykl chłodzenia.

Trąciwa

Urządzenia izolacyjne pozwalające na przechodzenie przewodników elektrycznych przez zbiornik, trąciwa wytrzymują wysokie pola napięcia. Małe transformatory używają solidnych trąciw porcelanowych, podczas gdy duże jednostki stosują trąciwa kondensatorowe wypełnione olejem. Wszerzanie wilgoci jest głównym trybem awarii, wykrywalnym za pomocą testów współczynnika mocy (np. Test Doble Power Factor) monitorujących degradację izolacji.