Cała wiedza na temat „Transformatora mocy” znajduje się tutaj, bardzo obszerna. Zbierz ją i poznaj!

Schemat ideowy głównych elementów transformatora

Proces produkcji transformatorów

Rdzeń transformatora

Główną cechą rdzenia transformatora jest cięcie, układanie w stosy, mocowanie rdzenia transformatora oraz najnowsza technologia układania w stosy, która pozwala na redukcję strat jałowych.

2. Rdzeń transformatora

Rdzeń jest podstawowym elementem transformatora. Składa się z przewodnika magnetycznego i zacisku. Pełni on dwie funkcje: zasadniczo przewodnik magnetyczny rdzenia żelaznego stanowi obwód magnetyczny transformatora, który przekształca energię elektryczną obwodu pierwotnego w energię magnetyczną, a z własnej energii magnetycznej w energię elektryczną obwodu wtórnego, który jest ośrodkiem przetwarzania energii. Konstrukcyjnie rdzeń żelazny podtrzymuje wszystkie elementy wewnątrz transformatora, takie jak korpus i wyprowadzenia.

Żelazny rdzeń transformatora to zamknięta konstrukcja w kształcie ramy. Część cewki nazywana jest kolumną rdzeniową. Część, która nie zakrywa cewki i pełni jedynie funkcję zamykania obwodu magnetycznego, nazywana jest żelaznym olbrzymem.

Rodzaje rdzeni żelaznych

Ze względu na względne położenie uzwojenia i rdzenia żelaznego, rdzeń żelazny można podzielić na dwie kategorie: rdzeń rdzeniowy i płaszczowy. Na razie omówiony jest tylko rdzeń żelazny typu „sercowego”. W transformatorach jednofazowych rdzeń żelazny występuje w kilku formach konstrukcyjnych, takich jak: dwukolumnowy i dwukolumnowy, jednokolumnowy i czterokolumnowy oraz dwukolumnowy i czterokolumnowy.

W transformatorach trójfazowych rdzeń żelazny występuje w kilku formach konstrukcyjnych, takich jak dwukolumnowy i dwukolumnowy (trójfazowy trójkolumnowy), trójkolumnowy i czterokolumnowy (trójfazowy pięciokolumnowy). Wybór konstrukcji rdzenia zależy od szeregu czynników, takich jak racjonalne rozmieszczenie uzwojeń, oszczędność materiału oraz wysokość transportu. Obejście może zmniejszyć piątą i siódmą falę w strumieniu rozproszenia i prądzie magnesującym.

Taśma elektrotechniczna (blacha ze stali krzemowej):

Materiałem używanym do produkcji przewodnika magnetycznego z rdzeniem żelaznym jest taśma ze stali elektrotechnicznej o wysokiej zawartości krzemu, znana również jako blacha krzemowa.

Istnieją dwa rodzaje blach ze stali krzemowej: walcowane na zimno i walcowane na gorąco. Blachy ze stali krzemowej walcowane na zimno dzielą się na dwa rodzaje: nieorientowane i orientowane.

Właściwości magnetyczne blach ze stali krzemowej walcowanej na gorąco są słabe, gęstość strumienia magnetycznego może osiągnąć jedynie 1,5 T, a straty jednostkowe są zbyt duże, dlatego nie są już stosowane. Blachy ze stali krzemowej walcowane na zimno o zorientowanym ziarnie charakteryzują się wyraźną kierunkowością, wysoką gęstością magnetyczną nasycenia, małymi stratami jednostkowymi i zdolnością do wzbudzenia jednostkowego, i są obecnie szeroko stosowane.

Grubość blachy ze stali krzemowej walcowanej na zimno o zorientowanym ziarnie ma kilka specyfikacji, takich jak 0,35 mm, 0,3 mm, 0,27 mm, 0,23 mm itd. Najczęściej stosowana jest grubość 0,3 mm, która jest coraz mniejsza, a jej głównym celem jest redukcja strat poprzecznych przy braku obciążenia.

·Obecnie głównymi obszarami produkcji blach ze stali krzemowej są: Japonia, Europa Zachodnia, Rosja, Korea Południowa i krajowy zakład Wuhan Iron and Steel.

Dane techniczne blach ze stali krzemowej walcowanych na zimno o zorientowanym ziarnie są głównie reprezentowane przez grubość i stratę jednostkową (W/kg), gdy gęstość strumienia magnetycznego 50 Hz wynosi 1,7T, na przykład:

·Nowo opracowana blacha ze stali krzemowej, wykonana przy użyciu technologii napromieniowania laserowego i grawerowania mechanicznego

Cięcie blachy ze stali krzemowej rdzenia transformatora:

Kiedy arkusze stali krzemowej trafiają do fabryki, są w zwojach o szerokości około 1000 mm. Należy je przyciąć do wymaganego kształtu za pomocą specjalnych nożyc (takich jak niemiecki drut Georger). Zadzior na każdym arkuszu nie powinien przekraczać 0,02 mm.

Układanie rdzeni żelaznych:

●Ponieważ cewka transformatora rdzeniowego jest okrągła, przekrój kolumny rdzeniowej również powinien być okrągły. Jest to jednak trudne w produkcji i nieekonomiczne, dlatego stosuje się konstrukcję schodkową (stopniowaną, cylindryczną). Każdy stopień tworzy prostokąt, a jego zewnętrzna granica znajduje się na tym samym okręgu opisanym. Liczba stopni ma pewną granicę, którą należy kompleksowo rozważyć pod kątem korzyści ekonomicznych.

●W przypadku układania rdzeni żelaznych w stos, kolumna rdzenia i elementy rdzenia żelaznego jarzma żelaznego są naprzemiennie łączone ze sobą jednym lub kilkoma elementami, tak aby styki górnej i dolnej warstwy blach krzemowych były naprzemiennie przesunięte i wzajemnie się pokrywały. Zmniejsza to straty prądu wzbudzenia i prądu jałowego przy jednoczesnej poprawie wytrzymałości.

Połączenie zakładkowe rdzenia żelaznego:

·Obecnie rdzeń transformatora przyjmuje formę pełnego połączenia skośnego, tzn. połączenie kolumny rdzenia z jarzmem żelaznym odbywa się pod kątem 45°. Ten rodzaj połączenia jest w pełni dostosowany do charakterystyki powszechnie stosowanej obecnie blachy ze stali krzemowej o wysokiej przenikalności magnetycznej. Należy zapewnić jak najbardziej spójny obwód magnetyczny.

W przypadku dużych rdzeni transformatorów z pełnymi złączami kątowymi, układanie odbywa się zazwyczaj w formie połączeń dwustopniowych. Aby dodatkowo poprawić charakterystykę jałową rdzenia transformatora, stosuje się wielopoziomową formę łączenia, czyli rdzeń StepLap.

W rdzeniu laminowanym szwy blach krzemowych są ułożone schodkowo. Gdy strumień magnetyczny danego elementu napotyka szczelinę powietrzną w szwie, opór magnetyczny szczeliny powietrznej jest kilka tysięcy razy większy niż w przypadku blachy krzemowej. Większość strumienia przechodzi przez sąsiednie blachy krzemowe, które tworzą mostek w tym połączeniu. Pierwotny strumień magnetyczny blach w połączeniach mostkowych i strumienie magnetyczne mostków nakładają się na siebie. Gęstość może osiągnąć poziom nasycenia, co powoduje gwałtowny wzrost strat jałowych i prądu jałowego w obszarze połączenia (tj. lokalnie), a tym samym wzrost całkowitych strat jałowych.

Lamowanie schodkowe to nowa technologia laminowania wprowadzona w tym roku, która może poprawić gęstość magnetyczną blachy ze stali krzemowej w obszarze łączenia, skutecznie redukując straty biegu jałowego i hałas rdzenia.

Izolacja rdzenia:

Izolacja rdzenia żelaznego ma bezpośredni wpływ na jakość rdzenia transformatora. Izolację rdzenia żelaznego można podzielić na dwie części: izolację między blachami oraz izolację między blachami a elementami konstrukcyjnymi.

Izolację między chipami uzyskuje się głównie na dwa sposoby: po pierwsze, poprzez powłokę na powierzchni laminowanego arkusza, a po drugie, poprzez umieszczenie warstwy izolacyjnej tektury o określonej grubości w każdym stosie podczas procesu układania, która działa również jako kanał olejowy odprowadzający ciepło.

W transformatorach dużej mocy, aby ciepło wytwarzane w rdzeniu żelaznym mogło być odprowadzane przez olej transformatorowy w obiegu, w kolumnie rdzenia żelaznego i jarzmie znajdują się kanały chłodzące olejem. Kanały te mogą być wytłoczone z blach krzemowych w blachy faliste lub wykonane ze stalowych prętów przyspawanych do blach krzemowych. W rdzeniach transformatorów z pełnymi skośnymi połączeniami, w celu zmniejszenia strat, stosuje się listwy z materiału niemetalowego do rozdzielenia kanałów olejowych.

Uziemienie rdzenia żelaznego:

Podczas pracy transformatora, ze względu na różne położenie rdzenia żelaznego i jego metalowych elementów w polu elektrycznym, generowane potencjały również się różnią. Gdy różnica potencjałów między dwoma punktami osiągnie określoną wartość, następuje zjawisko wyładowania. W wyniku wyładowania olej transformatorowy ulega rozkładowi lub izolacja stała ulega uszkodzeniu. Aby temu zapobiec, rdzeń żelazny i jego metalowe elementy konstrukcyjne muszą być skutecznie uziemione.

Akcesoria do rdzeni żelaznych

Część II. Uzwojenie transformatora

Główną zawartość części uzwojenia transformatora stanowi drut i metoda nawijania uzwojenia transformatora.

Cewka stanowi obwód elektryczny wejściowy i wyjściowy energii elektrycznej transformatora i jest jego podstawowym elementem. Cewki muszą być zaprojektowane tak, aby spełniały następujące podstawowe wymagania:

1. Siła elektryczna

Wytrzymałość na napięcie udarowe piorunowe

Wytrzymałość na napięcie udarowe robocze

Wytrzymałość napięciowa częstotliwości sieciowej

2. odporność na ciepło

Biorąc pod uwagę ciepło generowane przez długotrwały prąd roboczy, żywotność izolacji cewki nie powinna być krótsza niż 20 lat.

W warunkach pracy transformatora, w przypadku nagłego zwarcia na dowolnym końcu linii, cewka powinna być w stanie wytrzymać ciepło generowane przez prąd zwarciowy bez uszkodzenia.

3. Wytrzymałość mechaniczna

typ cewki;

Typ cewki dobierany jest głównie na podstawie zdolności relaksacji, takiej jak napięcie cewki, a także uwzględnia wytrzymałość elektryczną, wytrzymałość mechaniczną, odprowadzanie ciepła oraz wykonalność procesu produkcyjnego. Wybór konstrukcji cewki nie jest jednoznaczny i czasami istnieje kilka form konstrukcyjnych do wyboru. Jest to również związane z tradycyjnymi praktykami różnych producentów transformatorów.

Cewki transformatorowe można podzielić na dwa typy: warstwowe i tortowe. Cewki szpilkowe można podzielić na spiralne, ciągłe, splątane, ciągłe splątane, ciągłe ekranowane wewnętrznie oraz strukturalne.

Przewód cewki:

Przewody nawojowe można podzielić na miedziane i aluminiowe ze względu na rodzaj materiału przewodzącego, okrągłe i płaskie ze względu na kształt przewodnika, papierowe, lakierowane i szklane ze względu na materiał izolacyjny. Transformatory mocy zazwyczaj wykorzystują płaskie stalowe przewody owinięte papierem.

Płaski drut stalowy pokryty papierem można podzielić na zwykły drut pokryty papierem, drut kombinowany, drut transponowany i inne rodzaje. Ze względu na wytrzymałość na rozciąganie drut stalowy można podzielić na zwykły drut (00, ≤ 120Mpa) oraz półtwardy drut miedziany (120Mpa < 00,2 ≤ 210Mpa). Wśród nich występuje również samoprzylepny drut transpozycyjny, czyli pojedynczy płaski drut pokryty warstwą żywicy epoksydowej (grubość powłoki farby po obu stronach wynosi

0,06 ± 0,02 mm), ma na celu sklejenie wszystkich małych drutów po utwardzeniu termicznym powłoki lakierniczej, co poprawia wytrzymałość zwarciową cewki. Obecnie zastosowano najnowszy drut transpozycyjny o strukturze siatki, a w Chinach uruchomiono również odpowiednie linie produkcyjne.

Przewody nawojowe można podzielić na miedziane i aluminiowe ze względu na rodzaj materiału przewodzącego, na przewody okrągłe i płaskie ze względu na kształt przewodnika oraz na przewody papierowe, lakierowane i szklane ze względu na materiał izolacyjny. Transformatory mocy zazwyczaj wykorzystują płaskie przewody miedziane w owijce papierowej.

Płaski drut miedziany pokryty papierem można podzielić na zwykły drut pokryty papierem, drut kombinowany, drut transponowany i inne typy. Zgodnie z wytrzymałością na rozciąganie drutu miedzianego można go podzielić na zwykły drut (O2≤120Mpa), półtwardy drut miedziany (120Mpa<00, ≤210Mpa). Wśród nich jest również samoprzylepny drut transpozycyjny w drucie transpozycyjnym, to znaczy pojedynczy płaski drut w drucie transpozycyjnym jest pokryty warstwą żywicy epoksydowej (grubość warstwy farby po obu stronach wynosi 0,06±0,02 mm), celem jest podgrzanie warstwy farby. Po utwardzeniu sklej wszystkie małe druty razem, aby zwiększyć wytrzymałość zwarciową cewki. Obecnie zastosowano najnowszy drut transpozycyjny w opakowaniu siatkowym, a odpowiednie linie produkcyjne zostały również wprowadzone w Chinach.

Uzwojenia dzielimy zazwyczaj na dwa typy: warstwowe i kołowe.

Zwoje uzwojenia są ułożone i nawijane w sposób ciągły wzdłuż osi, co nazywa się uzwojeniem warstwowym. Każda warstwa przypomina cylinder. Nawijanie beczkowe.

Zwoje uzwojenia są nawijane w sposób ciągły w kierunku promieniowym, tworząc kształt koła (segmentu), a uzwojenie złożone z wielu ciastek ułożonych osiowo nazywa się uzwojeniem kołowym. Obejmuje ono uzwojenia ciągłe, splątane i wkładane pojemnościowo.

Typowe formy uzwojenia:

Najczęściej spotykane uzwojenia są cylindryczne, spiralne, ciągłe i splątane.

Nawijanie cylindryczne jest najprostszym typem nawijania i zazwyczaj składa się z jednego lub kilku nawinięć. Podczas nawijania nawija się je jeden zwój blisko jednego zwoju wzdłuż osi formy drucianej, podobnie jak okrągłą, ciasno nawiniętą sprężynę śrubową. Charakteryzuje się prostym nawijaniem, dobrą jakością wykonania, dobrym odprowadzaniem ciepła przez kanały olejowe między warstwami, ale małymi powierzchniami podparcia końcówek i słabą wytrzymałością mechaniczną.

Uzwojenie spiralne wykonane jest z płaskiego drutu, a zwoje nie są położone blisko siebie, lecz rozdzielone pewną odległością (kanał olejowy) za pomocą przekładek izolacyjnych, niczym w rozciągniętej sprężynie śrubowej. Zaletą jest prostota procesu nawijania i obecność kanału olejowego odprowadzającego ciepło, ale uzwojenie o dużej liczbie zwojów nie jest odpowiednie.

Typ spiralny składa się z wielu drutów nawiniętych równolegle na twardą dętkę opony. Druty te mogą być nawinięte w pojedynczą spiralę, a w przypadku większej liczby drutów równoległych – w podwójną lub poczwórną. W przypadku równoległego połączenia drutów, przewody muszą być transponowane, w przeciwnym razie z powodu nierównej długości drutów powstanie prąd krążący.

Nawijanie ciągłe składa się z jednego lub kilku płaskich drutów, które są w sposób ciągły nawijane na cylindrze izolacyjnym lub rozpórkach formy drucianej w formie wielu segmentów drutu w kształcie koła, w specjalnym procesie. Zaletą jest wysoka wytrzymałość mechaniczna i dobre odprowadzanie ciepła. Jednak proces nawijania jest bardziej skomplikowany.

Połączenie pomiędzy ciągłym uzwojeniem a ciastem drutu znajduje się naprzemiennie wewnątrz i na zewnątrz uzwojenia, dzięki czemu, o ile długość drutu jest wystarczająca, można nawinąć go w ciągłe uzwojenie bez połączeń lutowanych.

Wkładane uzwojenie pojemnościowe powstaje poprzez włożenie drutu (drutu ekranowanego) o pojemności podłużnej między zwoje wewnątrz zewnętrznej strony ciągłego uzwojenia. Wkładany placek drutu i liczba włożonych zwojów mogą być określone w zależności od wymaganej pojemności. Przewód ekranowany nie ma prądu roboczego, dlatego zazwyczaj stosuje się bardzo cienkie przewody.

Wbudowane uzwojenie pojemnościowe wykorzystuje uzwojenie ciągłe, co pozwala znacznie zredukować liczbę punktów spawania w porównaniu z uzwojeniem splątanym. Liczbę zwojów wbudowanego drutu ekranującego można swobodnie regulować, co pozwala na regulację pojemności wzdłużnej w zależności od potrzeb. Obecnie uzwojenie to jest szeroko stosowane w uzwojeniach transformatorów o napięciu 110 kV i wyższym, w dużych transformatorach.

transpozycja drutu

Przy dużym prądzie transformatora zwoje cewki składają się z wielu równoległych przewodów. Bez odpowiednich środków, przewód w pobliżu osi centralnej jest krótki, a przewód daleko od osi centralnej – długi. Ze względu na różną długość i położenie przewodu w polu magnetycznym, rezystancja i reaktancja indukcyjna przewodu są niesymetryczne, co powoduje niesymetryczny rozkład prądu między przewodami. Aby zapewnić równomierny rozkład prądu wzdłuż przewodów i zredukować dodatkowe straty, równoległe przewody muszą być zamienione miejscami, co nazywa się „transpozycją”.