Power transformer design
En transformer er en elektrisk maskine, der konverterer vekselstrøm af en spænding til vekselstrøm af en anden spænding.
De vigtigste strukturelle elementer i krafttransformatorer: krop, kerne, viklinger, køleanordning, bøsninger og beskyttelsesanordninger (ekspander, udstødningsrør og gasrelæ).
Transformatorens viklinger er arrangeret således, at den magnetiske flux skabt af primærviklingen trænger igennem de fleste sekundære viklinger. Dette krav sikres ved konstruktionen af stålkernen, som er et lukket magnetisk kredsløb. Afhængigt af det gensidige arrangement af viklingerne og det magnetiske system er der to hovedtyper af transformere: stang og armatur.
I en stangtransformator er viklingerne placeret på kernestængerne, som er forbundet med åg, der lukker magnetkredsløbet. Stangtypen bruges til strømforsyninger og en række specielle transformatorer. En pansret transformer bruger et forgrenet magnetisk kredsløb, der dækker viklingen, som om man "panser" den.Den panserlignende kernestruktur bruges især til små enfasede transformere.
Trefaset stang transformer:
Transformatorens magnetiske kredsløb, kaldet kernen, er samlet af plader af legeret stål. For ikke at lukke arkene er de forbelagt med et tyndt lag lak eller limet med papir.
Kernen består af stænger, der bærer spoler og et åg, der lukker det magnetiske kredsløb. Tværsnittet af kernen skal være så tæt som muligt på formen af spolerne.
I rektangulære viklinger er kernens tværsnit lavet rektangulært. Med rund — kernen har en multi-level sektion. Hvis kernen har et stort tværsnit, laves der langsgående luftkanaler for at fjerne varme, idet kernen opdeles i separate pakker.
Ark trækkes sammen med stifter eller nitter. Enkelte plader må ikke forbindes med hinanden, da der kan forekomme hvirvelstrømme i kontaktplanet. For at forhindre arkene i at lukke gennem stifterne og nitterne, anbringes isolerende rør på dem. Møtrikkerne og nittehovederne er isoleret fra kernepressepladerne med elektriske papskiver.
To typer viklinger bruges i transformere: skive og cylindrisk.
Med et skiveformet viklingsdesign er de primære og sekundære viklinger opdelt i en række flade skiveformede viklinger, der veksler i serie på transformatorkernen.
I en cylindrisk vikling er de primære og sekundære viklinger anbragt koncentrisk i forhold til hinanden. Lavspændingsviklingen er normalt placeret tættere på kernen, da det er nemmere at isolere den fra stålet.
Ved fremstilling af viklinger skal der skelnes mellem isolering af enkelte ledninger, isolering mellem lag og viklinger, isolering mellem de primære og sekundære (sekundære) viklinger og isoleringen af viklingerne i forhold til kernen.
Transformatorens viklinger er lavet af kobbertråd dækket med isolering. Til isolering af viklingstrådene anvendes papir, nogle gange bomuldssilkegarn, lak(emalje)folie eller flere lag isolering, for eksempel et lag lak og et lag silkegarn, et lag papir og et lag bomuldsgarn , etc.
Papirseparatorer bruges som isolering mellem lagene. Vindingerne er isoleret med skiver eller elektriske pappakninger omviklet med olievædet tape, papir eller klud.
Enderne af transformatorviklingerne bringes ud ved hjælp af bøsninger, som isolerer dem fra den jordede krop (tank).
Transformer enhed:
Der er to grundlæggende måder at forbinde viklingerne på en trefaset transformer på: deltaforbindelse og stjerneforbindelse. Når viklingerne er delta-forbundne, er fasespændingen lig med linjespændingen, og fasestrømmen er 1,73 gange mindre end linjestrømmen. Når viklingerne er stjerneforbundne, er fasespændingen 1,73 gange mindre end linjespændingen, og fasestrømmen er lig med linjen.
Metoden til at forbinde viklingerne i en trefaset transformer er af stor betydning, da fasevinklen af den sekundære spænding i forhold til den primære afhænger af den. Faseforskydningen mellem den primære og sekundære viklingsspænding afhænger også af spolernes viklingsretning. For flere detaljer se her: Ordninger og grupper til tilslutning af viklinger af krafttransformatorer
Hvor transformere er designet til fælles parallelarbejde, er det nødvendigt, at de øjeblikkelige potentialer af faserne af disse transformere er de samme. Transformatorer, der har samme faseforskydning mellem høj- og lavspændingsviklingernes linjespændinger, tildeles den samme gruppe af viklingsforbindelser, som tildeles et nummer i overensstemmelse med timebetegnelsen.
For at isolere viklingen fra kernen og til at isolere højspændingsviklingen fra lavspændingsviklingen anvendes hårde cylindre presset af bagt papir eller cylindre af elektrisk pap, såkaldte bløde cylindre.
I transformerkonstruktion er en særlig mineralsk (råolie) olie meget brugt, som kaldes transformer… Tankene er fyldt med transformerolie og en kerne med viklinger er nedsænket i den. Dette design er vedtaget til højeffekttransformatorer, til højeffektensrettertransformatorer, til højeffektpulstransformatorer.
Transformerolie, hvorfra fugt og urenheder er blevet fjernet, det vil sige tørret og renset, er en god isolator mellem viklingerne og metalhuset. Desuden leder transformatorolie, som har en højere termisk ledningsevne end luft, varme godt fra transformatorens aktive dele til tankens ydre overflader.
Efterhånden som transformatorens kraft stiger, vokser tabene hurtigere end dens geometriske dimensioner, hvilket fører til behovet for at øge dens køleflade. Se detaljerne her: Kølesystemer til krafttransformatorer
I praksis bruges enheder, der konverterer vekselspænding, hvor de primære og sekundære viklinger er elektrisk forbundet. Disse enheder kaldes autotransformere.
En autotransformer adskiller sig fra en konventionel transformer ved, at dens primære og sekundære viklinger er forbundet ikke kun induktivt (som i en konventionel transformer), men også elektrisk.