Konštrukcia výkonového transformátora
Transformátor je elektrický stroj, ktorý premieňa striedavý prúd jedného napätia na striedavý prúd iného napätia.
Hlavné konštrukčné prvky výkonových transformátorov: telo, jadro, vinutia, chladiace zariadenie, puzdrá a ochranné zariadenia (expandér, výfukové potrubie a plynové relé).
Vinutia transformátora sú usporiadané tak, že magnetický tok vytvorený primárnym vinutím preniká väčšinou sekundárnych vinutí. Túto požiadavku zabezpečuje konštrukcia oceľového jadra, ktoré je uzavretým magnetickým obvodom. V závislosti od vzájomného usporiadania vinutí a magnetického systému existujú dva hlavné typy transformátorov: tyč a kotva.
V tyčovom transformátore sú vinutia umiestnené na tyčiach jadra, ktoré sú spojené strmeňmi, ktoré uzatvárajú magnetický obvod. Tyčový typ sa používa pre napájacie zdroje a množstvo špeciálnych transformátorov. Pancierový transformátor používa rozvetvený magnetický obvod, ktorý prekrýva vinutie, akoby ho „obrnil“.Štruktúra jadra podobná pancierovaniu sa používa najmä pre malé jednofázové transformátory.
Trojfázový tyčový transformátor:
Magnetický obvod transformátora, nazývaný jadro, je zostavený z plechov z legovanej ocele. Aby sa listy nezatvárali, sú vopred potiahnuté tenkou vrstvou laku alebo prilepené papierom.
Jadro pozostáva z tyčí nesúcich cievky a strmeňa, ktoré uzatvára magnetický obvod. Prierez jadra by mal byť čo najbližšie k tvaru cievok.
V pravouhlých vinutiach je prierez jadra pravouhlý. S okrúhlym - jadro má viacúrovňovú časť. Ak má jadro veľký prierez, potom sa vytvoria pozdĺžne vzduchové kanály na odvádzanie tepla, čím sa jadro rozdelí na samostatné obaly.
Plechy sa sťahujú pomocou čapov alebo nitov. Jednotlivé plechy nesmú byť navzájom spojené, pretože v kontaktnej rovine môžu vznikať vírivé prúdy. Aby sa zabránilo uzatváraniu plechov cez čapy a nity, sú na nich umiestnené izolačné rúrky. Matice a hlavy nitov sú izolované od lisovacích dosiek jadra pomocou elektrických kartónových podložiek.
V transformátoroch sa používajú dva typy vinutí: kotúčové a valcové.
Pri konštrukcii vinutia v tvare disku sú primárne a sekundárne vinutia rozdelené do série plochých vinutí v tvare disku, ktoré sa striedajú v sérii na jadre transformátora.
Vo valcovom vinutí sú primárne a sekundárne vinutia usporiadané navzájom sústredne. Nízkonapäťové vinutie je zvyčajne umiestnené bližšie k jadru, pretože je ľahšie ho izolovať od ocele.
Pri zhotovovaní vinutí treba rozlišovať medzi izoláciou jednotlivých drôtov, izoláciou medzi vrstvami a vinutiami, izoláciou medzi primárnym a sekundárnym (sekundárnym) vinutím a izoláciou vinutí voči jadru.
Vinutia transformátora sú vyrobené z medeného drôtu pokrytého izoláciou. Na izoláciu drôtov vinutia sa používa papier, niekedy bavlnená hodvábna priadza, laková (smaltovaná) fólia alebo niekoľko vrstiev izolácie, napríklad vrstva laku a vrstva hodvábnej priadze, vrstva papiera a vrstva bavlnenej priadze , atď.
Ako izolácia medzi vrstvami sa používajú separátory papiera. Vinutia sú izolované podložkami alebo elektrickými kartónovými tesneniami obalenými páskou nasiaknutou olejom, papierom alebo látkou.
Konce vinutí transformátora sú vyvedené pomocou priechodiek, ktoré ich izolujú od uzemneného telesa (nádrže).
Transformátorové zariadenie:
Existujú dva základné spôsoby pripojenia vinutí trojfázového transformátora: pripojenie do trojuholníka a pripojenie do hviezdy. Keď sú vinutia zapojené do trojuholníka, fázové napätie sa rovná sieťovému napätiu a fázový prúd je 1,73-krát menší ako sieťový prúd. Keď sú vinutia zapojené do hviezdy, fázové napätie je 1,73-krát menšie ako sieťové napätie a fázový prúd sa rovná prúdu.
Spôsob pripojenia vinutí v trojfázovom transformátore je veľmi dôležitý, pretože na ňom závisí fázový uhol sekundárneho napätia vo vzťahu k primárnemu napätiu. Fázový posun medzi napätím primárneho a sekundárneho vinutia závisí aj od smeru vinutia cievok. Viac podrobností nájdete tu: Schémy a skupiny na pripojenie vinutí výkonových transformátorov
Kde sú navrhnuté transformátory pre spoločnú paralelnú prácu, je potrebné, aby okamžité potenciály fáz týchto transformátorov boli rovnaké. Transformátory, ktoré majú rovnaký fázový posun medzi sieťovým napätím vinutia vysokého a nízkeho napätia, sú priradené k rovnakej skupine spojení vinutí, ktoré majú priradené číslo v súlade s označením hodín.
Na izoláciu vinutia od jadra a na izoláciu vysokonapäťového vinutia od vinutia nízkeho napätia sa používajú tvrdé valce lisované z vypaľovaného papiera alebo valce z elektrokartónu, takzvané mäkké valce.
Pri konštrukcii transformátorov sa široko používa špeciálny minerálny (ropný) olej, ktorý sa nazýva transformátor… Nádrže sú naplnené transformátorovým olejom a je v ňom ponorené jadro s vinutiami. Táto konštrukcia je prijatá pre vysokovýkonové transformátory, pre vysokovýkonné usmerňovacie transformátory, pre vysokovýkonné pulzné transformátory.
Transformátorový olej, z ktorého bola odstránená vlhkosť a nečistoty, teda vysušený a vyčistený, je dobrým izolantom medzi vinutiami a kovovým puzdrom. Okrem toho transformátorový olej, ktorý má vyššiu tepelnú vodivosť ako vzduch, dobre vedie teplo z aktívnych častí transformátora na vonkajšie povrchy nádrže.
S rastúcim výkonom transformátora rastú straty rýchlejšie ako jeho geometrické rozmery, čo vedie k potrebe zväčšiť jeho chladiacu plochu. Podrobnosti nájdete tu: Chladiace systémy pre výkonové transformátory
V praxi sa používajú zariadenia premieňajúce striedavé napätie, v ktorých je primárne a sekundárne vinutie elektricky spojené. Tieto zariadenia sa nazývajú autotransformátory.
Autotransformátor sa líši od bežného transformátora tým, že jeho primárne a sekundárne vinutie sú spojené nielen indukčne (ako v bežnom transformátore), ale aj elektricky.
Pozri tiež: Výkonové charakteristiky výkonových transformátorov