Konstrukce výkonového transformátoru

Transformátor je elektrický stroj, který přeměňuje střídavý proud jednoho napětí na střídavý proud jiného napětí.

Hlavní konstrukční prvky výkonových transformátorů: tělo, jádro, vinutí, chladicí zařízení, pouzdra a ochranná zařízení (expandér, výfukové potrubí a plynové relé).

Vinutí transformátoru jsou uspořádána tak, že magnetický tok vytvářený primárním vinutím proniká většinou sekundárních vinutí. Tento požadavek je zajištěn konstrukcí ocelového jádra, které je uzavřeným magnetickým obvodem. V závislosti na vzájemném uspořádání vinutí a magnetického systému existují dva hlavní typy transformátorů: tyčové a kotvové.

U tyčového transformátoru jsou vinutí umístěna na jádrových tyčích, které jsou spojeny jhomi uzavírajícími magnetický obvod. Tyčový typ se používá pro napájecí zdroje a řadu speciálních transformátorů. Pancéřovaný transformátor používá rozvětvený magnetický obvod, který kryje vinutí, jako by ho „obrnil“.Struktura jádra podobná pancéřování se používá zejména pro malé jednofázové transformátory.

Třífázový tyčový transformátor:

Magnetický obvod transformátoru, nazývaný jádro, je sestaven z plechů legované oceli. Aby se listy nezavíraly, jsou předem potaženy tenkou vrstvou laku nebo přilepeny papírem.

Jádro se skládá z tyčí nesoucích cívky a jha, které uzavírá magnetický obvod. Průřez jádra by měl být co nejblíže tvaru cívek.

U pravoúhlých vinutí je průřez jádra obdélníkový. S kulatým — jádro má víceúrovňovou sekci. Pokud má jádro velký průřez, jsou vytvořeny podélné vzduchové kanály pro odvod tepla, čímž se jádro rozděluje na samostatné balíčky.

Plechy se k sobě stahují kolíky nebo nýty. Jednotlivé plechy nesmí být vzájemně spojeny, protože v kontaktní rovině mohou vznikat vířivé proudy. Aby se plechy nezavíraly přes čepy a nýty, jsou na ně umístěny izolační trubky. Matice a hlavy nýtů jsou izolovány od lisovacích desek jádra pomocí elektrických kartonových podložek.

V transformátorech se používají dva typy vinutí: kotoučové a válcové.

U diskovité konstrukce vinutí jsou primární a sekundární vinutí rozděleny do řady plochých diskovitých vinutí, která se střídají v sérii na jádru transformátoru.

U válcového vinutí jsou primární a sekundární vinutí uspořádány vzájemně soustředně. Nízkonapěťové vinutí je obvykle umístěno blíže k jádru, protože je snazší je izolovat od oceli.

Při výrobě vinutí je třeba rozlišovat mezi izolací jednotlivých vodičů, izolací mezi vrstvami a vinutími, izolací mezi primárním a sekundárním (sekundárním) vinutím a izolací vinutí vůči jádru.

Vinutí transformátoru je vyrobeno z měděného drátu pokrytého izolací. K izolaci vodičů vinutí se používá papír, někdy bavlněná hedvábná příze, laková (smaltovaná) fólie nebo několik vrstev izolace, například vrstva laku a vrstva hedvábné příze, vrstva papíru a vrstva bavlněné příze , atd.

Jako izolace mezi vrstvami se používají separátory papíru. Vinutí jsou izolována podložkami nebo elektrickými kartonovými těsněními obalenými páskou nasáklou olejem, papírem nebo látkou.

Konce vinutí transformátoru jsou vyvedeny pomocí průchodek, které je izolují od uzemněného tělesa (nádrže).

Transformátorové zařízení:

Existují dva základní způsoby připojení vinutí třífázového transformátoru: zapojení do trojúhelníku a zapojení do hvězdy. Když jsou vinutí zapojena do trojúhelníku, fázové napětí se rovná síťovému napětí a fázový proud je 1,73krát menší než síťový proud. Když jsou vinutí zapojena do hvězdy, fázové napětí je 1,73krát menší než napětí sítě a fázový proud se rovná vedení.

Způsob připojení vinutí v třífázovém transformátoru je velmi důležitý, protože na něm závisí fázový úhel sekundárního napětí vzhledem k primárnímu. Fázový posun mezi napětím primárního a sekundárního vinutí závisí také na směru vinutí cívek. Další podrobnosti naleznete zde: Schémata a skupiny pro připojení vinutí výkonových transformátorů

Kde jsou navrženy transformátory pro společnou paralelní práci, je nutné, aby okamžité potenciály fází těchto transformátorů byly stejné. Transformátory, které mají stejný fázový posun mezi síťovými napětími vysokonapěťového a nízkonapěťového vinutí, jsou přiřazeny do stejné skupiny zapojení vinutí, kterým je přiřazeno číslo podle označení hodin.

K izolaci vinutí od jádra a k izolaci vysokonapěťového vinutí od vinutí nízkého napětí se používají tvrdé válce lisované z pečeného papíru nebo válce z elektrokartonu, tzv. měkké válce.

Při konstrukci transformátorů se hojně používá speciální minerální (ropný) olej, který se nazývá transformátor… Nádrže jsou naplněny transformátorovým olejem a je v něm ponořeno jádro s vinutím. Tato konstrukce je přijata pro vysokovýkonové transformátory, pro vysokovýkonové usměrňovací transformátory, pro vysokovýkonové pulzní transformátory.

Dobrým izolantem mezi vinutím a kovovým pouzdrem je transformátorový olej, ze kterého byla odstraněna vlhkost a nečistoty, tedy vysušen a vyčištěn. Transformátorový olej, který má vyšší tepelnou vodivost než vzduch, navíc dobře vede teplo z aktivních částí transformátoru na vnější povrchy nádrže.

S rostoucím výkonem transformátoru rostou ztráty rychleji než jeho geometrické rozměry, což vede k nutnosti zvětšit jeho chladicí plochu. Podrobnosti naleznete zde: Chladicí systémy pro výkonové transformátory

V praxi se používají zařízení převádějící střídavé napětí, u kterých je primární a sekundární vinutí elektricky spojeno. Tato zařízení se nazývají autotransformátory.

Autotransformátor se od běžného transformátoru liší tím, že jeho primární a sekundární vinutí jsou spojeny nejen indukčně (jako u klasického transformátoru), ale také elektricky.

Viz také: Výkonové charakteristiky výkonových transformátorů