Будівництво трансформатора

Будова трансформатора та його ключові компоненти

Трансформатор в основному складається з магнітного контуру, електричного контуру, діелектричного контуру, резервуара та допоміжних компонентів. Його ключовими елементами є первинні/вторинні обмотки та сталева сердцевина, яка виготовляється з кремніової сталі для створення неперервного магнітного шляху. Сердцевини трансформаторів зазвичай ламінуються, щоб мінімізувати втрати через струми Фуко.

Магнітний контур

Магнітний контур складається з сердцевини та перекладини, які забезпечують шлях для магнітної індукції. Він має ламіновану сталеву сердцевину з двома ізольованими обмотками (первінною та вторинною), які ізольовані одна від одної та від сердцевини.

• Матеріал сердцевини: Ламінована сталь або кремніова сталь, вибрана через їхні низькі втрати гістересису при стандартних густинних потоках.

• Структурні терміни:

• Плінтуси: Вертикальні секції, де намотані обмотки.

• Перекладина: Горизонтальні секції, що з'єднують плінтуси, завершуючи магнітний шлях.

Електричний контур

Електричний контур складається з первинних та вторинних обмоток, зазвичай виготовлених з міді:

• Типи провідників:

• Прямокутні поперечні перетини провідників: Використовуються для обмоток низького напруги та обмоток високої напруги у великих трансформаторах.

• Колові поперечні перетини провідників: Використовуються для обмоток високої напруги у малих трансформаторах.

Трансформатори класифікуються за будовою сердцевини та розташуванням обмоток на:

Будова трансформатора типу "сердцевина"

У конструкції трансформатора типу "сердцевина" сердцевина формується шляхом ламінування прямокутних рамних конструкцій. Ламінація зазвичай ріжеся на L-подібні смуги, як показано на нижньому малюнку. Для мінімізації магнітного опору в сполученнях ламінації чергові шари розташовуються у зміщенні, що елімінує неперервні лінії сполучень та забезпечує гладкий магнітний шлях.

Первінні та вторинні обмотки перемішуються, щоб мінімізувати виток магнітної індукції, з половиною кожного обмотки розташованої бік о бік або концентрично на кожному плінтусі сердцевини. Під час розташування між сердцевиною та обмоткою низької напруги (LV), між LV та обмоткою високої напруги (HV), між обмотками та перекладиною, а також між HV плінтусом та перекладиною, вставляється ізоляція з бакеліту, як показано на нижньому малюнку. Обмотка LV розташовується ближче до сердцевини, щоб зменшити вимоги до ізоляції, оптимізуючи ефективність матеріалу та електричну безпеку.

Будова трансформатора типу "корпус"

У трансформаторі типу "корпус" окремі ламінації ріжуться на довгі E- та I-подібні смуги (як показано на нижньому малюнку), формуючи два магнітні контури з трьохплінтусною сердцевиною. Центральний плінтус, який удвічі ширший за зовнішні плінтуси, несе повний магнітний потік, тоді як кожен зовнішній плінтус проводить половину потоку, оптимізуючи магнітну ефективність та мінімізуючи виток.

Дизайн трансформатора типу "корпус" та компоненти трансформатора

Обмотка та структура сердцевини трансформатора типу "корпус"

Виток магнітної індукції в трансформаторах типу "корпус" мінімізується шляхом поділу обмоток, що зменшує реактивне опору. Первінні та вторинні обмотки розташовані на центральному плінтусі: обмотка LV знаходиться поруч з сердцевиною, а обмотка HV обгортає її. Для зменшення витрат на ламінацію, обмотки формуються у циліндричні форми, а ламінація сердцевини вставляється пізніше.

Діелектричний контур

Діелектричний контур складається з ізоляційних матеріалів, які розділяють провідні частини. Ламінація сердцевини (0,35–0,5 мм товщиною для систем 50 Гц) покривається лаком або оксидним шаром, щоб мінімізувати втрати через струми Фуко та забезпечити електричну ізоляцію між шарами.

Резервуари та аксесуари

Зберігач

Циліндричний резервуар, монтується на дахі головного резервуара трансформатора, зберігач діє як резервуар для ізоляційного масла. Він приймає розширення масла під час повної навантаженості, запобігаючи зростанню тиску при коливанні температури.

Дихальце

Функціонуючи як "серце" трансформатора, дихальце регулює надходження повітря під час розширення/стискання масла. Силикатний гель всередині поглинає вологу з надходятьчого повітря, зберігаючи якість масла: свіже синє желе стає рожевим, коли насичується, з сухим гелем, що може знижувати точку роси повітря нижче -40°C.

Вибуховий клапан

Тонка алюмінієва трубка, встановлена на обох кінцях трансформатора, вибуховий клапан знижує надмірний внутрішній тиск, спричинений раптовим зростанням температури, захищаючи трансформатор від пошкоджень.

Радіатор

Знімні радіаторні модулі охолоджують масло трансформатора за допомогою природної конвекції: нагріте масло піднімається в радіатор, охолоджується та повертається в резервуар через клапани, підтримуючи неперервний цикл охолодження.

Изоляторы

Ізоляційні пристрої, що дозволяють електричним провідникам проходити через резервуар, изоляторы витримують великі напруги. У малих трансформаторах використовуються тверді фарфорові изоляторы, тоді як у великих одиницях використовуються маслонаповнені конденсаторні изоляторы. Проникнення вологи є основною причиною виходу з ладу, яке можна виявити за допомогою тестів коефіцієнта потужності (наприклад, Doble Power Factor Test), що моніторять деградацію ізоляції.