Σχεδιασμός μετασχηματιστή ισχύος

Ο μετασχηματιστής είναι μια ηλεκτρική μηχανή που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα μιας τάσης σε εναλλασσόμενο ρεύμα μιας άλλης τάσης.

Τα κύρια δομικά στοιχεία των μετασχηματιστών ισχύος: σώμα, πυρήνας, περιελίξεις, συσκευή ψύξης, δακτύλιοι και προστατευτικές συσκευές (διαστολέας, σωλήνας εξαγωγής και ρελέ αερίου).

Οι περιελίξεις του μετασχηματιστή είναι διατεταγμένες έτσι ώστε η μαγνητική ροή που δημιουργείται από το πρωτεύον τύλιγμα να διαπερνά τις περισσότερες από τις δευτερεύουσες περιελίξεις. Αυτή η απαίτηση εξασφαλίζεται από την κατασκευή του χαλύβδινου πυρήνα, ο οποίος είναι ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα. Ανάλογα με την αμοιβαία διάταξη των περιελίξεων και του μαγνητικού συστήματος, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι μετασχηματιστών: ράβδος και οπλισμός.

Σε έναν μετασχηματιστή ράβδου, οι περιελίξεις βρίσκονται στις ράβδους πυρήνα, οι οποίες συνδέονται με ζυγούς που κλείνουν το μαγνητικό κύκλωμα. Ο τύπος ράβδου χρησιμοποιείται για τροφοδοτικά και έναν αριθμό ειδικών μετασχηματιστών. Ένας θωρακισμένος μετασχηματιστής χρησιμοποιεί ένα διακλαδισμένο μαγνητικό κύκλωμα που καλύπτει την περιέλιξη, σαν να την «θωρακίζει».Η δομή του πυρήνα που μοιάζει με θωράκιση χρησιμοποιείται ιδιαίτερα για μικρούς μονοφασικούς μετασχηματιστές.

Τριφασικός μετασχηματιστής ράβδου:

Το μαγνητικό κύκλωμα του μετασχηματιστή, που ονομάζεται πυρήνας, συναρμολογείται από φύλλα κραματοποιημένου χάλυβα. Για να μην κλείσουν τα φύλλα, προεπικαλύπτονται με λεπτή στρώση βερνικιού ή κολλούνται με χαρτί.

Ο πυρήνας αποτελείται από ράβδους που φέρουν πηνία και έναν ζυγό που κλείνει το μαγνητικό κύκλωμα. Η διατομή του πυρήνα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σχήμα των πηνίων.

Σε ορθογώνιες περιελίξεις, η διατομή του πυρήνα γίνεται ορθογώνια. Με στρογγυλό — ο πυρήνας έχει ένα τμήμα πολλαπλών επιπέδων. Εάν ο πυρήνας έχει μεγάλη διατομή, τότε κατασκευάζονται διαμήκη κανάλια αέρα για την απομάκρυνση της θερμότητας, χωρίζοντας τον πυρήνα σε ξεχωριστές συσκευασίες.

Τα φύλλα έλκονται μεταξύ τους με καρφίτσες ή πριτσίνια. Τα μεμονωμένα φύλλα δεν πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους, καθώς ενδέχεται να εμφανιστούν δινορεύματα στο επίπεδο επαφής. Για να αποφευχθεί το κλείσιμο των φύλλων από τους πείρους και τα πριτσίνια, τοποθετούνται πάνω τους μονωτικοί σωλήνες. Τα παξιμάδια και οι κεφαλές πριτσινιών απομονώνονται από τις πλάκες πίεσης πυρήνα με ηλεκτρικές ροδέλες από χαρτόνι.

Στους μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται δύο τύποι περιελίξεων: δίσκος και κυλινδρικός.

Με σχέδιο περιέλιξης σε σχήμα δίσκου, οι πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις χωρίζονται σε μια σειρά επίπεδων περιελίξεων σε σχήμα δίσκου που εναλλάσσονται σε σειρά στον πυρήνα του μετασχηματιστή.

Σε μια κυλινδρική περιέλιξη, η κύρια και η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι διατεταγμένες ομόκεντρα μεταξύ τους. Η περιέλιξη χαμηλής τάσης τοποθετείται συνήθως πιο κοντά στον πυρήνα καθώς είναι ευκολότερο να μονωθεί από τον χάλυβα.

Κατά την κατασκευή περιελίξεων, πρέπει να γίνεται διάκριση μεταξύ της μόνωσης των μεμονωμένων συρμάτων, της μόνωσης μεταξύ των στρωμάτων και των περιελίξεων, της μόνωσης μεταξύ της κύριας και της δευτερεύουσας (δευτερεύουσας) περιελίξεως και της μόνωσης των περιελίξεων σε σχέση με τον πυρήνα.

Οι περιελίξεις του μετασχηματιστή είναι κατασκευασμένες από σύρμα χαλκού καλυμμένο με μόνωση. Για τη μόνωση των συρμάτων περιέλιξης, χρησιμοποιείται χαρτί, μερικές φορές μεταξωτό νήμα από βαμβάκι, φύλλο βερνικιού (σμάλτο) ή πολλά στρώματα μόνωσης, για παράδειγμα, ένα στρώμα βερνικιού και ένα στρώμα από μεταξωτό νήμα, ένα στρώμα χαρτιού και ένα στρώμα από βαμβακερό νήμα , και τα λοιπά.

Ως μόνωση μεταξύ των στρωμάτων χρησιμοποιούνται διαχωριστές χαρτιού. Οι περιελίξεις μονώνονται με ροδέλες ή ηλεκτρικά παρεμβύσματα από χαρτόνι τυλιγμένα με ταινία εμποτισμένη με λάδι, χαρτί ή ύφασμα.

Τα άκρα των περιελίξεων του μετασχηματιστή εξάγονται με τη βοήθεια δακτυλίων, που τα απομονώνουν από το γειωμένο σώμα (δεξαμενή).

Συσκευή μετασχηματιστή:

Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι σύνδεσης των περιελίξεων ενός μετασχηματιστή τριών φάσεων: σύνδεση τριγώνου και σύνδεση αστεριού. Όταν οι περιελίξεις είναι συνδεδεμένες στο δέλτα, η τάση φάσης είναι ίση με την τάση γραμμής και το ρεύμα φάσης είναι 1,73 φορές μικρότερο από το ρεύμα γραμμής. Όταν οι περιελίξεις συνδέονται με αστέρι, η τάση φάσης είναι 1,73 φορές μικρότερη από την τάση γραμμής και το ρεύμα φάσης είναι ίσο με τη γραμμή.

Η μέθοδος σύνδεσης των περιελίξεων σε έναν τριφασικό μετασχηματιστή έχει μεγάλη σημασία, καθώς η γωνία φάσης της δευτερεύουσας τάσης σε σχέση με την κύρια εξαρτάται από αυτήν. Η μετατόπιση φάσης μεταξύ της κύριας και της δευτερεύουσας τάσης περιέλιξης εξαρτάται επίσης από την κατεύθυνση περιέλιξης των πηνίων. Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ: Σχέδια και ομάδες για τη σύνδεση περιελίξεων μετασχηματιστών ισχύος

Όπου σχεδιάζονται μετασχηματιστές για κοινή παράλληλη εργασία, είναι απαραίτητο τα στιγμιαία δυναμικά των φάσεων αυτών των μετασχηματιστών να είναι τα ίδια. Οι μετασχηματιστές που έχουν την ίδια μετατόπιση φάσης μεταξύ των τάσεων γραμμής των περιελίξεων υψηλής και χαμηλής τάσης αντιστοιχίζονται στην ίδια ομάδα συνδέσεων περιελίξεων, στις οποίες εκχωρείται ένας αριθμός σύμφωνα με τον προσδιορισμό της ώρας.

Για την απομόνωση της περιέλιξης από τον πυρήνα και για την απομόνωση της περιέλιξης υψηλής τάσης από την περιέλιξη χαμηλής τάσης, χρησιμοποιούνται σκληροί κύλινδροι συμπιεσμένοι από ψημένο χαρτί ή κύλινδροι από ηλεκτρικό χαρτόνι, οι λεγόμενοι μαλακοί κύλινδροι.

Στην κατασκευή μετασχηματιστών, χρησιμοποιείται ευρέως ένα ειδικό ορυκτέλαιο (πετρελαίου), το οποίο ονομάζεται μετασχηματιστής… Οι δεξαμενές γεμίζουν με λάδι μετασχηματιστή και ένας πυρήνας με περιελίξεις είναι βυθισμένος σε αυτό. Αυτός ο σχεδιασμός υιοθετείται για μετασχηματιστές υψηλής ισχύος, για μετασχηματιστές ανορθωτή υψηλής ισχύος, για μετασχηματιστές παλμών υψηλής ισχύος.

Το λάδι μετασχηματιστή, από το οποίο έχει αφαιρεθεί η υγρασία και οι ακαθαρσίες, δηλαδή έχουν στεγνώσει και καθαριστεί, είναι ένας καλός μονωτήρας μεταξύ των περιελίξεων και της μεταλλικής θήκης. Επιπλέον, το λάδι μετασχηματιστή, το οποίο έχει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα από τον αέρα, μεταφέρει καλά τη θερμότητα από τα ενεργά μέρη του μετασχηματιστή στις εξωτερικές επιφάνειες της δεξαμενής.

Καθώς η ισχύς του μετασχηματιστή αυξάνεται, οι απώλειες αυξάνονται ταχύτερα από τις γεωμετρικές του διαστάσεις, γεγονός που οδηγεί στην ανάγκη αύξησης της επιφάνειας ψύξης του. Δείτε τις λεπτομέρειες εδώ: Συστήματα ψύξης για μετασχηματιστές ισχύος

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται συσκευές που μετατρέπουν εναλλασσόμενη τάση, στις οποίες συνδέονται ηλεκτρικά το πρωτεύον και το δευτερεύον τύλιγμα. Αυτές οι συσκευές ονομάζονται αυτομετασχηματιστές.

Ένας αυτομετασχηματιστής διαφέρει από έναν συμβατικό μετασχηματιστή στο ότι οι πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις του συνδέονται όχι μόνο επαγωγικά (όπως σε έναν συμβατικό μετασχηματιστή), αλλά και ηλεκτρικά.

Δείτε επίσης: Χαρακτηριστικά απόδοσης μετασχηματιστών ισχύος