Canwin est une société professionnelle de transformateurs de puissance et de fabricants de transformateurs électriques
Langue
Canwin est une société professionnelle de transformateurs de puissance et de fabricants de transformateurs électriques
Structure du corps du transformateur
Cet article présente principalement la structure du corps du transformateur sous trois aspects : le noyau, l'enroulement et le plomb.
I. Structure de base du transformateur
01 Le rôle du noyau en acier au silicium (fer)
Les transformateurs sont basés sur le principe de l'induction électromagnétique, le circuit magnétique est le support de conversion de l'énergie électrique. Le noyau de fer est le circuit magnétique principal du transformateur, le rôle principal est magnétique. Il convertit l'énergie électrique du circuit primaire en énergie magnétique, et de l'énergie magnétique en énergie électrique du circuit secondaire.
Dans le même temps, le noyau de fer est le squelette mécanique du transformateur, et le dispositif de serrage du noyau de fer transforme non seulement le conducteur magnétique en une structure mécanique complète, mais comporte également une bobine isolée, supportant le plomb, et presque tous les composants à l'intérieur du transformateur. Le poids du noyau de fer est le plus important dans les composants du transformateur, représentant environ 60% du poids total dans le transformateur sec et environ 40% dans le transformateur immergé dans l'huile.
02 Forme de noyau de fer
Le noyau de fer se compose d'une colonne de noyau de fer et d'un joug de fer. La colonne à noyau de fer est recouverte d'enroulements et la culasse en fer relie la colonne à noyau de fer pour former un circuit magnétique fermé.
FIGUE. 1A est un transformateur monophasé, la Fig. 1B est un transformateur triphasé. La structure du noyau de fer peut être divisée en deux parties, C est la partie de la bobine, connue sous le nom de colonne centrale. Y est la pièce servant à fermer le circuit magnétique, appelée culasse de fer. Le transformateur monophasé a deux piliers centraux, le transformateur triphasé a trois piliers centraux.
Parce que le flux magnétique dans le noyau de fer du transformateur est un flux alternatif, afin de réduire la perte de courant de Foucault, le noyau de fer du transformateur est généralement constitué d'une certaine taille de puce de fer en tôle d'acier au silicium à haute résistivité. La tôle d'acier au silicium composée du noyau de fer est d'abord découpée à la forme et à la taille requises, à savoir la tôle de poinçonnage, puis combinée avec la tôle de poinçonnage de manière à se chevaucher. La figure 2A montre le noyau de fer d'un transformateur monophasé. Chaque couche se compose de 4 feuilles de découpe. FIGUE. 2b montre le noyau de fer du transformateur triphasé, chaque couche est composée de 6 pièces, et la combinaison des pièces poinçonnées de chacune des deux couches applique différentes méthodes d'agencement pour décaler le joint du circuit magnétique de chaque couche. Cette méthode d'assemblage est appelée assemblage par chevauchement, ce qui peut éviter les courants de Foucault circulant entre les tôles d'acier. Et parce que les couches sont entrelacées et incrustées, moins de fixations peuvent être utilisées pour rendre la structure simple lorsque le noyau est pressé. Lors de l'assemblage, les pièces de poinçonnage sont d'abord superposées pour former un noyau de fer entier, puis la culasse inférieure est serrée, les pièces de poinçonnage de la culasse supérieure sont retirées pour exposer la colonne de noyau de fer, les enroulements préfabriqués sont placés sur la colonne de noyau de fer, et enfin, les pièces de poinçonnage de la chape supérieure étirées sont insérées.
Selon la disposition de l'enroulement dans le noyau, le transformateur est divisé en deux types de noyau et de coque. La différence réside principalement dans la distribution du circuit magnétique, la culasse du noyau du transformateur à coque entourant la bobine, le noyau du transformateur à noyau dans la majeure partie de la bobine, une partie seulement de la bobine à l'extérieur de la culasse en fer, utilisée pour former une boucle magnétique.
03 Dissipation thermique du noyau de fer
Lorsque le transformateur fonctionne normalement, le noyau de fer génère de la chaleur en raison de la perte de fer, et plus le poids et le volume du noyau de fer sont importants, plus la chaleur sera générée. La température de l'huile de transformateur au-dessus de 95 degrés est facile à vieillir, de sorte que la température de la surface du noyau doit être contrôlée en dessous de cette température autant que possible, ce qui nécessite que la structure de dissipation thermique du noyau émette rapidement la chaleur du noyau. La structure de dissipation thermique consiste principalement à augmenter la surface de dissipation thermique du noyau. La dissipation thermique du noyau de fer comprend principalement la dissipation thermique du canal d'huile du noyau de fer et la dissipation thermique des voies respiratoires du noyau de fer.
Dans les transformateurs immergés dans l'huile de grande capacité, des rainures d'huile sont souvent placées entre les stratifiés du noyau de fer pour améliorer l'effet de dissipation thermique. La rainure d'huile est divisée en deux types, l'un est parallèle à la tôle d'acier au silicium et l'autre est vertical à la tôle d'acier, comme illustré à la Fig. 4. Ce dernier agencement a un meilleur effet de dissipation thermique, mais la structure est plus complexe.
Le noyau de fer du transformateur sec est refroidi par air. Afin de garantir que la température du noyau de fer ne dépasse pas la valeur autorisée, le conduit d'air est souvent installé dans la colonne de noyau de fer et la culasse de fer.
04 Bruit du noyau de fer
Les transformateurs produisent du bruit pendant le fonctionnement. La source de bruit du transformateur est la magnétostriction de la tôle d'acier au silicium à noyau de fer, ou le bruit du noyau du transformateur est essentiellement causé par la magnétostriction. La magnétostriction fait référence à l'augmentation de la taille de la tôle d'acier au silicium le long de la ligne d'induction magnétique lorsque le noyau de fer est excité. La taille de la tôle d'acier au silicium diminue dans la direction perpendiculaire à la ligne d'induction magnétique, appelée magnétostriction. De plus, la structure et la taille géométrique du noyau de fer, ainsi que la technologie de traitement et de fabrication du noyau de fer auront une certaine influence sur le niveau de bruit.
Le niveau sonore du noyau de fer peut être réduit par les mesures techniques suivantes :
(1) Utilisez une tôle d'acier au silicium de haute qualité avec une petite valeur ε magnétostrictive.
(2) Réduire la densité de flux magnétique du noyau.
(3) Améliorer la structure du noyau de fer.
(4) Choisissez une taille de noyau raisonnable.
(5) Adopter une technologie de traitement avancée.
05 Mise à la terre du noyau de fer
En fonctionnement normal du transformateur, le champ électrique formé entre les enroulements et conducteurs électrifiés et le réservoir d'huile est un champ électrique irrégulier, et le noyau de fer et ses parties métalliques se trouvent dans ce champ électrique. En raison du potentiel d'induction électrostatique n'est pas le même, de sorte que le potentiel de suspension du noyau de fer et de ses composants métalliques n'est pas le même, lorsque la différence de potentiel entre deux points peut briser l'isolation entre eux, une décharge d'étincelle sera générée. Cette décharge peut décomposer l'huile du transformateur et endommager l'isolation solide. Pour éviter cela, le noyau et ses composants métalliques doivent être mis à la terre de manière fiable.
Le noyau doit être mis à la terre en un point. Lorsque le noyau de fer ou d'autres composants métalliques ont deux points ou plus de deux points de mise à la terre, le point de masse formera une boucle fermée, la formation de circulation, le courant peut parfois atteindre des dizaines d'un, provoquera une surchauffe locale, conduire à la décomposition de l'huile, peut également faire fondre l'élément de mise à la terre, brûler le noyau de fer, ceux-ci ne sont pas autorisés. Par conséquent, le noyau doit être mis à la terre et un peu mis à la terre.
II. Structure d'enroulement du transformateur
Fonction de l'enroulement 01
L'enroulement est la partie la plus fondamentale du transformateur, est l'établissement du champ magnétique et la transmission de la partie du circuit d'alimentation électrique, généralement enveloppée de fil de cuivre en papier isolant ou de fil d'aluminium enroulé, et placée dans la colonne du noyau du transformateur. Le noyau du transformateur doit avoir une résistance d'isolation, une résistance mécanique et une résistance à la chaleur suffisantes.
Type d'enroulement
La structure d'enroulement du transformateur peut être généralement divisée en deux catégories : la structure en couches et la structure en gâteau. La structure en couches fait référence au fait que les spires d'enroulement le long de son axe sont disposées en continu, généralement utilisées dans les séries S8 et S9 de transformateurs de puissance à faible perte ; La structure du gâteau fait référence au fait que les spires de l'enroulement sont continuellement enroulées en un gâteau (segment) le long de sa direction radiale, puis composées de nombreux gâteaux disposés le long de la direction axiale. Il est généralement utilisé dans les grands et très grands transformateurs à haute tension de 110 kV et plus.
Fondamentalement, les enroulements des transformateurs de puissance produits en Chine adoptent une structure concentrique. L'enroulement concentrique signifie que les enroulements sont enroulés à l'extérieur de la colonne centrale avec la même ligne cylindrique à n'importe quelle section transversale de la colonne centrale. Il doit y avoir un certain espace d'isolation et un canal de dissipation thermique (canal d'huile) entre les enroulements haute et basse tension et entre les enroulements basse tension et la colonne de noyau de fer, séparés par un tube en carton isolé. La distance d'isolation dépend du niveau de tension de l'enroulement et de la distance requise par le canal de dissipation thermique. Lorsque l'enroulement basse tension est placé à l'intérieur près de la colonne centrale, la distance d'isolation requise entre celui-ci et la colonne centrale est relativement petite, de sorte que la taille de l'enroulement peut être réduite et la taille globale du transformateur est également réduite.
Le transformateur à trois enroulements est le plus couramment utilisé dans le système d'alimentation. L'utilisation d'un transformateur à trois enroulements pour connecter le système de transmission à trois tensions différentes est plus économique, occupe moins de terrain et offre une maintenance et une gestion plus pratiques que l'utilisation de deux transformateurs communs. Le transformateur triphasé à trois enroulements adopte généralement une connexion Y-Y-△, c'est-à-dire que les enroulements primaire et secondaire sont connectés en Y et le troisième enroulement est △, comme illustré à la figure XX. △ connexion elle-même est une boucle fermée, à travers la même phase du troisième courant harmonique, de sorte que la connexion Y primaire, enroulement secondaire n'apparaît pas dans la troisième tension harmonique. De cette façon, il fournit un point neutre pour les côtés primaire et secondaire. Dans le système de transmission longue distance, le troisième enroulement peut également être connecté à une caméra synchrone pour améliorer le facteur de puissance de la ligne.
III. Structure de conducteur de transformateur
01 Matériau et classification du plomb
Les enroulements du transformateur sont connectés à l'extérieur à l'extrémité avant du fil appelé le fil, via le fil vers le transformateur d'alimentation d'alimentation externe, mais également via la transmission du fil dans la sortie d'alimentation électrique du transformateur vers l'extérieur.
Il existe principalement les types de leads suivants :
(1) le fil conducteur connecté à l'extrémité du fil de bobinage et au boîtier ;
(2) fils de connexion entre les extrémités d'enroulement ;
(3) la prise d'enroulement est connectée au fil de prise connecté à l'interrupteur
Le matériau en plomb est généralement :
(1) Barre de cuivre nu, champ d'application applicable : 10kV classe 6300kVA et transformateur inférieur ;
(2) barre de cuivre ronde enveloppée de papier, portée applicable : transformateur de petite capacité 10 ~ 35 kV ;
(3) Barre de cuivre nue, portée applicable : 10 kV et moins de fils d'enroulement basse tension ;
(4) Câble multibrins en cuivre, champ d'application : tous les niveaux de tension, en particulier 110 kV et au-dessus du câble ;
(5) Tuyau en cuivre, champ d'application : 220 kV et câble de transformateur supérieur.
Afin d'assurer une distance d'isolement suffisante, le plomb traversant le bois stratifié, l'isolant en carton, doit répondre à des exigences de performances électriques, de résistance mécanique, d'échauffement. La sélection des conducteurs est également basée sur l'intensité du champ électrique et la résistance mécanique, ainsi que sur l'augmentation de la température de court-circuit et l'augmentation de la température de charge à long terme, ces aspects à sélectionner.
02 Connexion du câble
Les formes de connexion des conducteurs de transformateur sont : le brasage, le soudage au gaz, le soudage à pression froide et la connexion par boulon.
L'électrode de brasage doit être en alliage de cuivre phosphoreux pour la connexion entre la sortie de l'enroulement et le conducteur et entre les conducteurs.
Le soudage au gaz est utilisé pour souder le fil conducteur de la barre de cuivre et le joint de tubage perçant le câble.
Le soudage par pression à froid consiste à insérer les deux bornes reliées par le plomb dans un tube métallique, puis à utiliser un moule pour presser le tube métallique, les deux bornes pressées ensemble. Le soudage par pression à froid n'a pas besoin de chauffage, le soudage est relativement sûr, il n'y a pas de fausse soudure et brûle des fils et d'autres parties de l'isolation, une qualité d'extrusion, une bonne résistance à la traction. Par conséquent, le soudage par pression à froid est le principal moyen de connexion des fils pour les gros transformateurs.
La connexion par boulon est principalement utilisée pour le fil conducteur connecté au manchon de la tige de guidage. Le fil conducteur peut être démonté et peut compenser la déviation de la longueur du fil. Habituellement, la structure de fil d'arc incurvé peut être libre de se dilater, également connue sous le nom de connexion souple.
03 Fixation de la laisse
Afin d'assurer la distance d'isolation du câble et de résister aux vibrations et à l'impact de l'alimentation électrique pendant le fonctionnement et les courts-circuits sans déplacement ni déformation, des pièces de serrage doivent être utilisées pour serrer le câble.
Les pièces de serrage en plomb doivent avoir une résistance mécanique et une résistance électrique suffisantes, de sorte que la structure de la pièce de serrage en plomb adopte généralement une structure de support en bois, les pièces de serrage et les pièces métalliques du corps du transformateur sont fixées, afin d'améliorer la résistance mécanique des boulons métalliques disponibles, mais entre le serrage les pièces doivent être fixées avec des boulons époxy, et il y a un dispositif desserré. Un panneau isolant doit être ajouté pour serrer le câble comme isolation supplémentaire afin d'éviter que le câble ne se coince.
