Ontwerp van de transformator
Een transformator is een elektrische machine die wisselstroom van de ene spanning omzet in wisselstroom van een andere spanning.
De belangrijkste structurele elementen van vermogenstransformatoren: lichaam, kern, wikkelingen, koelapparaat, bussen en beveiligingsinrichtingen (expander, uitlaatpijp en gasrelais).
De wikkelingen van de transformator zijn zo gerangschikt dat de magnetische flux die door de primaire wikkeling wordt gecreëerd, door de meeste secundaire wikkelingen heen dringt. Deze vereiste wordt gewaarborgd door de constructie van de stalen kern, die een gesloten magnetisch circuit is. Afhankelijk van de onderlinge opstelling van de wikkelingen en het magnetische systeem zijn er twee hoofdtypen transformatoren: staaf en anker.
In een staaftransformator bevinden de wikkelingen zich op de kernstaven, die zijn verbonden door jukken die het magnetische circuit sluiten. Het staaftype wordt gebruikt voor voedingen en een aantal speciale transformatoren. Een gepantserde transformator gebruikt een vertakt magnetisch circuit dat de wikkeling bedekt, alsof het "gepantserd" is.De pantserachtige kernstructuur wordt met name gebruikt voor kleine enkelfasige transformatoren.
Driefasige staaftransformator:
Het magnetische circuit van de transformator, de kern genaamd, is samengesteld uit platen gelegeerd staal. Om de vellen niet te sluiten, zijn ze vooraf gecoat met een dunne laag vernis of gelijmd met papier.
De kern bestaat uit staven die spoelen dragen en een juk dat het magnetische circuit sluit. De doorsnede van de kern moet zo dicht mogelijk bij de vorm van de spoelen liggen.
Bij rechthoekige wikkelingen is de dwarsdoorsnede van de kern rechthoekig gemaakt. Met ronde — de kern heeft een sectie met meerdere niveaus. Als de kern een grote doorsnede heeft, worden longitudinale luchtkanalen gemaakt om warmte af te voeren, waardoor de kern in afzonderlijke pakketten wordt verdeeld.
Vellen worden samengetrokken met spelden of klinknagels. Individuele platen mogen niet met elkaar worden verbonden, omdat in het contactvlak wervelstromen kunnen ontstaan. Om te voorkomen dat de platen door de pennen en klinknagels sluiten, worden er isolatiebuizen op geplaatst. De moeren en klinknagelkoppen zijn geïsoleerd van de kernpersplaten met elektrische kartonnen ringen.
In transformatoren worden twee soorten wikkelingen gebruikt: schijfvormig en cilindrisch.
Met een schijfvormig wikkelontwerp zijn de primaire en secundaire wikkelingen verdeeld in een reeks platte schijfvormige wikkelingen die elkaar in serie op de transformatorkern afwisselen.
Bij een cilindrische wikkeling zijn de primaire en secundaire wikkelingen concentrisch ten opzichte van elkaar aangebracht. De laagspanningswikkeling wordt meestal dichter bij de kern geplaatst, omdat deze gemakkelijker te isoleren is van het staal.
Bij het maken van wikkelingen moet onderscheid worden gemaakt tussen de isolatie van afzonderlijke draden, de isolatie tussen lagen en wikkelingen, de isolatie tussen de primaire en secundaire (secundaire) wikkelingen en de isolatie van de wikkelingen ten opzichte van de kern.
De wikkelingen van de transformator zijn gemaakt van koperdraad bedekt met isolatie. Voor het isoleren van de wikkeldraden wordt papier, soms katoenzijdegaren, lak(email)folie of meerdere lagen isolatie gebruikt, bijvoorbeeld een laklaag en een laag zijdegaren, een laag papier en een laag katoengaren , enz.
Papierscheiders worden gebruikt als isolatie tussen de lagen. De wikkelingen zijn geïsoleerd met ringen of elektrische kartonnen pakkingen omwikkeld met met olie doordrenkte tape, papier of doek.
De uiteinden van de transformatorwikkelingen worden naar buiten gebracht met behulp van bussen, die ze isoleren van het geaarde lichaam (tank).
Transformator apparaat:
Er zijn twee basismanieren om de wikkelingen van een driefasige transformator aan te sluiten: delta-verbinding en sterverbinding. Wanneer de wikkelingen delta-verbonden zijn, is de fasespanning gelijk aan de lijnspanning en is de fasestroom 1,73 keer minder dan de lijnstroom. Wanneer de wikkelingen in ster zijn geschakeld, is de fasespanning 1,73 keer lager dan de lijnspanning en is de fasestroom gelijk aan de lijn.
De methode om de wikkelingen in een driefasige transformator aan te sluiten is van groot belang, omdat de fasehoek van de secundaire spanning ten opzichte van de primaire spanning ervan afhangt. De faseverschuiving tussen de primaire en secundaire wikkelspanning is ook afhankelijk van de wikkelrichting van de spoelen. Zie hier voor meer informatie: Schema's en groepen voor het verbinden van wikkelingen van vermogenstransformatoren
Waar transformatoren zijn ontworpen voor gezamenlijk parallel werk, is het noodzakelijk dat de momentane potentialen van de fasen van deze transformatoren hetzelfde zijn. Transformatoren die dezelfde faseverschuiving hebben tussen de lijnspanningen van de hoog- en laagspanningswikkelingen worden toegewezen aan dezelfde groep wikkelingaansluitingen, die een nummer krijgen in overeenstemming met de uuraanduiding.
Om de wikkeling van de kern te isoleren en de hoogspanningswikkeling te isoleren van de laagspanningswikkeling, worden harde cilinders geperst uit gebakken papier of cilinders gemaakt van elektrisch karton, zogenaamde zachte cilinders.
In de transformatorbouw wordt veel gebruik gemaakt van een speciale minerale (petroleum)olie, genaamd transformator… De tanks worden gevuld met transformatorolie en er wordt een kern met wikkelingen in ondergedompeld. Dit ontwerp wordt gebruikt voor krachtige vermogenstransformatoren, voor krachtige gelijkrichtertransformatoren, voor krachtige pulstransformatoren.
Transformatorolie, waaruit vocht en onzuiverheden zijn verwijderd, dat wil zeggen gedroogd en gezuiverd, is een goede isolator tussen de wikkelingen en de metalen behuizing. Bovendien geleidt transformatorolie, die een hogere thermische geleidbaarheid heeft dan lucht, de warmte goed van de actieve delen van de transformator naar de externe oppervlakken van de tank.
Naarmate het vermogen van de transformator toeneemt, groeien de verliezen sneller dan de geometrische afmetingen, wat leidt tot de noodzaak om het koeloppervlak te vergroten. Bekijk hier de details: Koelsystemen voor vermogenstransformatoren
In de praktijk worden apparaten gebruikt die wisselspanning omzetten, waarbij de primaire en secundaire wikkelingen elektrisch zijn verbonden. Deze apparaten worden autotransformatoren genoemd.
Een autotransformator verschilt van een conventionele transformator doordat de primaire en secundaire wikkelingen niet alleen inductief (zoals in een conventionele transformator), maar ook elektrisch zijn verbonden.