Xây dựng một biến áp

Xây dựng biến áp và các thành phần chính

Một biến áp chủ yếu bao gồm mạch từ, mạch điện, mạch điện môi, thùng chứa và các thành phần phụ trợ. Các yếu tố cốt lõi của nó là cuộn dây sơ cấp/cuộn dây thứ cấp và lõi thép, với lõi được xây dựng từ thép silic để tạo ra một đường dẫn từ liên tục. Lõi biến áp thường được ghép lớp để giảm thiểu tổn thất dòng xoáy.

Mạch từ

Mạch từ bao gồm lõi và yếm, cung cấp một đường dẫn cho dòng từ. Nó có lõi thép ghép lớp với hai cuộn dây cách điện (sơ cấp và thứ cấp), cả hai đều cách ly khỏi nhau và lõi.

• Chất liệu lõi: Thép ghép lớp hoặc tấm thép silic, được chọn vì chúng có tổn thất hysteresis thấp ở mật độ dòng từ tiêu chuẩn.

• Các thuật ngữ cấu trúc:

• Chiều dọc: Phần dọc nơi cuộn dây được quấn.

• Yếm: Phần ngang kết nối các chiều dọc để hoàn thiện đường dẫn từ.

Mạch điện

Mạch điện bao gồm cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp, thường được làm bằng đồng:

• Loại dây dẫn:

• Dây dẫn mặt cắt hình chữ nhật: Được sử dụng cho cuộn dây hạ thế và cuộn dây cao thế trong các biến áp lớn.

• Dây dẫn mặt cắt hình tròn: Được sử dụng trong cuộn dây cao thế của các biến áp nhỏ.

Các biến áp được phân loại theo cách xây dựng lõi và vị trí đặt cuộn dây thành:

Xây dựng biến áp lõi

Trong thiết kế biến áp lõi, lõi được tạo thành bằng cách ghép các khung hình chữ nhật. Các lá ghép thường được cắt thành các dải hình chữ L, như được minh họa trong hình dưới đây. Để giảm sự kháng từ tại các mối nối của lá ghép, các lớp xen kẽ được sắp xếp theo kiểu chéo, loại bỏ các đường nối liên tục và đảm bảo một đường dẫn từ mượt mà.

Cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp được đan xen để giảm thiểu dòng từ rò rỉ, với nửa cuộn mỗi cuộn được bố trí bên cạnh nhau hoặc đồng tâm trên mỗi chiều dọc của lõi. Trong quá trình đặt, vật liệu cách điện Bakelite được chèn giữa lõi và cuộn dây hạ thế, giữa cuộn dây hạ thế và cuộn dây cao thế, giữa các cuộn dây và yếm, và giữa chi dọc cao thế và yếm, như được mô tả trong hình dưới đây. Cuộn dây hạ thế được đặt gần lõi hơn để giảm yêu cầu cách điện, tối ưu hóa hiệu quả vật liệu và an toàn điện.

Xây dựng biến áp vỏ

Trong biến áp vỏ, các lá ghép riêng lẻ được cắt thành các dải dài hình E và I (như được hiển thị trong hình dưới đây), tạo thành hai mạch từ với lõi ba chiều dọc. Chiều dọc trung tâm, rộng gấp đôi chiều dọc ngoài, mang tổng dòng từ, trong khi mỗi chiều dọc bên ngoài dẫn một nửa dòng từ, tối ưu hóa hiệu quả từ và giảm thiểu rò rỉ.

Thiết kế biến áp vỏ và các thành phần biến áp

Cấu trúc cuộn dây và lõi biến áp vỏ

Dòng từ rò rỉ trong biến áp vỏ được giảm thiểu bằng cách chia nhỏ cuộn dây, giảm kháng cảm. Cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp được đặt cùng nhau trên chiều dọc trung tâm: cuộn dây hạ thế nằm cạnh lõi, với cuộn dây cao thế bọc xung quanh nó. Để giảm chi phí lá ghép, cuộn dây được định hình trước thành hình trụ, sau đó lá ghép lõi được chèn vào.

Mạch điện môi

Mạch điện môi bao gồm các vật liệu cách điện tách biệt các bộ phận dẫn điện. Lá ghép lõi (độ dày 0,35–0,5mm cho hệ thống 50 Hz) được phủ bằng varnish hoặc lớp oxit để giảm thiểu tổn thất dòng xoáy và đảm bảo cách điện giữa các lớp.

Thùng chứa và phụ kiện

Bình bảo vệ

Một thùng chứa hình trụ được gắn trên nóc thùng chứa chính của biến áp, bình bảo vệ hoạt động như một bể chứa dầu cách điện. Nó chứa dầu mở rộng trong quá trình vận hành tải đầy, ngăn chặn sự gia tăng áp suất khi nhiệt độ thay đổi.

Van thở

Làm việc như "trái tim" của biến áp, van thở điều chỉnh luồng không khí đi vào trong quá trình mở rộng/thu hẹp dầu. Gel silicat bên trong hấp thụ hơi ẩm từ không khí đi vào, bảo vệ chất lượng dầu: gel màu xanh mới chuyển sang màu hồng khi bão hòa, với gel khô có khả năng làm giảm điểm sương của không khí xuống dưới -40°C.

Ống xả nổ

Một ống nhôm mỏng được lắp đặt ở cả hai đầu của biến áp, ống xả nổ giải phóng áp suất nội bộ quá mức do sự tăng đột ngột của nhiệt độ, bảo vệ biến áp khỏi hư hỏng.

Tản nhiệt

Các đơn vị tản nhiệt có thể tháo rời làm mát dầu biến áp thông qua đối lưu tự nhiên: dầu nóng lên di chuyển vào tản nhiệt, làm mát và trở lại thùng chứa thông qua các van, duy trì chu kỳ làm mát liên tục.

Ống sứ

Các thiết bị cách điện cho phép các dây dẫn điện đi qua thùng chứa, ống sứ chịu đựng được trường điện áp cao. Các biến áp nhỏ sử dụng ống sứ rắn, trong khi các đơn vị lớn sử dụng ống sứ chứa dầu dạng tụ. Sự xâm nhập của hơi ẩm là nguyên nhân gây hỏng chính, có thể phát hiện thông qua các bài kiểm tra hệ số công suất (ví dụ: Kiểm tra Hệ số Công suất Doble) giám sát sự suy giảm cách điện.