Design eines Leistungstransformators
Ein Transformator ist eine elektrische Maschine, die Wechselstrom einer Spannung in Wechselstrom einer anderen Spannung umwandelt.
Die wichtigsten Strukturelemente von Leistungstransformatoren: Körper, Kern, Wicklungen, Kühlvorrichtung, Durchführungen und Schutzvorrichtungen (Expander, Abgasrohr und Gasrelais).
Die Wicklungen des Transformators sind so angeordnet, dass der von der Primärwicklung erzeugte magnetische Fluss die meisten Sekundärwicklungen durchdringt. Diese Anforderung wird durch die Konstruktion des Stahlkerns gewährleistet, der einen geschlossenen Magnetkreis darstellt. Abhängig von der gegenseitigen Anordnung der Wicklungen und des Magnetsystems gibt es zwei Haupttypen von Transformatoren: Stab- und Ankertransformatoren.
Bei einem Stabtransformator befinden sich die Wicklungen auf den Kernstäben, die durch Joche verbunden sind, die den Magnetkreis schließen. Der Stabtyp wird für Stromversorgungen und eine Reihe von Spezialtransformatoren verwendet. Ein gepanzerter Transformator verwendet einen verzweigten Magnetkreis, der die Wicklung abdeckt, als ob er sie „panzern“ würde.Der panzerartige Kernaufbau wird insbesondere bei kleinen Einphasentransformatoren eingesetzt.
Dreiphasen-Stabtransformator:
Der Magnetkreis des Transformators, der Kern genannt wird, besteht aus Blechen aus legiertem Stahl. Um die Blätter nicht zu verschließen, werden sie mit einer dünnen Lackschicht vorbeschichtet oder mit Papier verklebt.
Der Kern besteht aus Stäben, die Spulen tragen, und einem Joch, das den Magnetkreis schließt. Der Querschnitt des Kerns sollte der Form der Spulen möglichst nahe kommen.
Bei rechteckigen Wicklungen ist der Querschnitt des Kerns rechteckig. Bei rund – der Kern hat einen mehrstufigen Abschnitt. Wenn der Kern einen großen Querschnitt hat, werden Längsluftkanäle zur Wärmeabfuhr angebracht, die den Kern in separate Pakete unterteilen.
Die Bleche werden mit Stiften oder Nieten zusammengezogen. Einzelne Bleche dürfen nicht miteinander verbunden werden, da in der Kontaktebene Wirbelströme auftreten können. Um zu verhindern, dass sich die Bleche durch die Stifte und Nieten schließen, werden Isolierschläuche darauf gelegt. Die Muttern und Nietköpfe sind mit elektrischen Unterlegscheiben aus Pappe von den Kernpressplatten isoliert.
In Transformatoren werden zwei Arten von Wicklungen verwendet: Scheiben- und Zylinderwicklungen.
Bei einem scheibenförmigen Wicklungsaufbau werden die Primär- und Sekundärwicklungen in eine Reihe flacher, scheibenförmiger Wicklungen aufgeteilt, die sich in Reihe auf dem Transformatorkern abwechseln.
Bei einer zylindrischen Wicklung sind Primär- und Sekundärwicklung konzentrisch zueinander angeordnet. Die Niederspannungswicklung wird normalerweise näher am Kern platziert, da sie leichter vom Stahl isoliert werden kann.
Bei der Herstellung von Wicklungen muss zwischen der Isolierung einzelner Drähte, der Isolierung zwischen Lagen und Wicklungen, der Isolierung zwischen Primär- und Sekundärwicklung (Sekundärwicklung) sowie der Isolierung der Wicklungen gegenüber dem Kern unterschieden werden.
Die Wicklungen des Transformators bestehen aus isoliertem Kupferdraht. Zur Isolierung der Wickeldrähte werden Papier, manchmal Baumwollseidengarn, Lackfolie (Emaille) oder mehrere Isolationsschichten verwendet, beispielsweise eine Lackschicht und eine Schicht Seidengarn, eine Schicht Papier und eine Schicht Baumwollgarn , usw.
Als Isolierung zwischen den Lagen werden Papierseparatoren eingesetzt. Die Wicklungen sind mit Unterlegscheiben oder Elektrokartondichtungen isoliert, die mit ölgetränktem Klebeband, Papier oder Stoff umwickelt sind.
Die Enden der Transformatorwicklungen werden mit Hilfe von Durchführungen herausgeführt, die sie vom geerdeten Körper (Tank) isolieren.
Transformatorgerät:
Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Wicklungen eines Drehstromtransformators anzuschließen: Dreieckschaltung und Sternschaltung. Wenn die Wicklungen in Dreieck geschaltet sind, ist die Phasenspannung gleich der Netzspannung und der Phasenstrom ist 1,73-mal kleiner als der Netzstrom. Wenn die Wicklungen in Sternschaltung geschaltet sind, ist die Phasenspannung 1,73-mal kleiner als die Netzspannung und der Phasenstrom entspricht dem Netz.
Die Art der Verbindung der Wicklungen in einem Drehstromtransformator ist von großer Bedeutung, da davon der Phasenwinkel der Sekundärspannung relativ zur Primärspannung abhängt. Die Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärwicklungsspannung hängt auch von der Wicklungsrichtung der Spulen ab. Weitere Details finden Sie hier: Schemata und Gruppen zum Anschluss von Wicklungen von Leistungstransformatoren
Wo Transformatoren ausgelegt sind für gemeinsames paralleles Arbeiten, ist es notwendig, dass die Momentanpotentiale der Phasen dieser Transformatoren gleich sind. Transformatoren, die die gleiche Phasenverschiebung zwischen den Netzspannungen der Ober- und Unterspannungswicklung aufweisen, werden derselben Gruppe von Wicklungsanschlüssen zugeordnet, denen entsprechend der Stundenbezeichnung eine Nummer zugewiesen wird.
Zur Isolierung der Wicklung vom Kern und zur Isolierung der Oberspannungswicklung von der Niederspannungswicklung werden aus Backpapier gepresste Hartzylinder oder Zylinder aus Elektrokarton, sogenannte Weichzylinder, verwendet.
Im Transformatorenbau wird häufig ein spezielles Mineralöl (Erdöl) verwendet, das sogenannte Transformator… Die Tanks werden mit Transformatoröl gefüllt und ein Kern mit Wicklungen darin eingetaucht. Dieses Design wird für Hochleistungstransformatoren, Hochleistungsgleichrichtertransformatoren und Hochleistungsimpulstransformatoren übernommen.
Transformatorenöl, aus dem Feuchtigkeit und Verunreinigungen entfernt, also getrocknet und gereinigt wurden, ist ein guter Isolator zwischen den Wicklungen und dem Metallgehäuse. Darüber hinaus leitet Transformatoröl, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft hat, die Wärme gut von den aktiven Teilen des Transformators zu den Außenflächen des Tanks.
Mit zunehmender Leistung des Transformators wachsen die Verluste schneller als seine geometrischen Abmessungen, was dazu führt, dass seine Kühlfläche vergrößert werden muss. Die Details finden Sie hier: Kühlsysteme für Leistungstransformatoren
In der Praxis werden Geräte zur Umwandlung von Wechselspannung verwendet, bei denen Primär- und Sekundärwicklung elektrisch verbunden sind. Diese Geräte werden Spartransformatoren genannt.
Ein Spartransformator unterscheidet sich von einem herkömmlichen Transformator dadurch, dass seine Primär- und Sekundärwicklung nicht nur induktiv (wie bei einem herkömmlichen Transformator), sondern auch elektrisch verbunden sind.
Siehe auch: Leistungsmerkmale von Leistungstransformatoren