Zasnova močnostnega transformatorja
Transformator je električni stroj, ki pretvarja izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti.
Glavni konstrukcijski elementi močnostnih transformatorjev: telo, jedro, navitja, hladilna naprava, puše in zaščitne naprave (ekspander, izpušna cev in plinski rele).
Navitja transformatorja so razporejena tako, da magnetni tok, ki ga ustvari primarno navitje, prodre skozi večino sekundarnih navitij. Ta zahteva je zagotovljena s konstrukcijo jeklenega jedra, ki je sklenjen magnetni krog. Glede na medsebojno razporeditev navitij in magnetnega sistema ločimo dve glavni vrsti transformatorjev: palični in armaturni.
V paličastem transformatorju se navitja nahajajo na jedrnih palicah, ki so povezane z jaremi, ki zapirajo magnetni krog. Tip palice se uporablja za napajalnike in številne posebne transformatorje. Oklepni transformator uporablja razvejano magnetno vezje, ki pokriva navitje, kot da ga "oklepa".Struktura jedra v obliki oklepa se uporablja zlasti za majhne enofazne transformatorje.
Trifazni palični transformator:
Magnetno vezje transformatorja, imenovano jedro, je sestavljeno iz listov legiranega jekla. Da se listi ne zaprejo, so predhodno prevlečeni s tanko plastjo laka ali zlepljeni s papirjem.
Jedro je sestavljeno iz palic, ki nosijo tuljave, in jarma, ki zapira magnetni krog. Prerez jedra mora biti čim bližje obliki tuljav.
V pravokotnih navitjih je prečni prerez jedra pravokoten. Z okroglim — jedro ima večnivojski del. Če ima jedro velik prečni prerez, so za odvajanje toplote izdelani vzdolžni zračni kanali, ki razdelijo jedro na ločene pakete.
Listi se vlečejo skupaj z zatiči ali zakovicami. Posamezne plošče ne smejo biti povezane med seboj, ker lahko pride do vrtinčnih tokov v kontaktni ravnini. Da se plošče ne bi zaprle skozi zatiče in zakovice, so nanje nameščene izolacijske cevi. Matice in glave zakovice so izolirane od stiskalnih plošč jedra z električnimi kartonskimi podložkami.
V transformatorjih se uporabljajo dve vrsti navitij: disk in cilindrični.
Pri zasnovi navitja v obliki diska sta primarno in sekundarno navitje razdeljena na niz ploščatih navitij v obliki diska, ki se izmenjujejo zaporedno na jedru transformatorja.
V cilindričnem navitju sta primarno in sekundarno navitje razporejena koncentrično drug na drugega. Nizkonapetostno navitje je običajno nameščeno bližje jedru, saj ga je lažje izolirati od jekla.
Pri izdelavi navitij je treba razlikovati med izolacijo posameznih žic, izolacijo med plastmi in navitji, izolacijo med primarnim in sekundarnim (sekundarnim) navitjem ter izolacijo navitij glede na jedro.
Navitja transformatorja so izdelana iz bakrene žice, prekrite z izolacijo. Za izolacijo žic za navijanje se uporablja papir, včasih bombažna svilena preja, lak (emajl) folija ali več plasti izolacije, na primer plast laka in plast svilene preje, plast papirja in plast bombažne preje itd.
Kot izolacija med plastmi se uporabljajo papirni separatorji. Navitja so izolirana s podložkami ali tesnili iz električnega kartona, ovita z z oljem prepojenim trakom, papirjem ali krpo.
Konci navitij transformatorja so izpeljani s pomočjo puš, ki jih izolirajo od ozemljenega telesa (rezervoarja).
Transformatorska naprava:
Obstajata dva osnovna načina za povezavo navitij trifaznega transformatorja: povezava v trikotniku in povezava v zvezdico. Ko so navitja povezana v trikotniku, je fazna napetost enaka omrežni napetosti, fazni tok pa je 1,73-krat manjši od omrežnega toka. Ko so navitja vezana v zvezdo, je fazna napetost 1,73-krat manjša od omrežne napetosti, fazni tok pa je enak liniji.
Način povezovanja navitij v trifaznem transformatorju je zelo pomemben, saj je od tega odvisen fazni kot sekundarne napetosti glede na primarno. Fazni zamik med napetostjo primarnega in sekundarnega navitja je odvisen tudi od smeri navitja tuljav. Za več podrobnosti glejte tukaj: Sheme in skupine za povezovanje navitij močnostnih transformatorjev
Kje so zasnovani transformatorji za skupno vzporedno delo, je potrebno, da so trenutni potenciali faz teh transformatorjev enaki. Transformatorji, ki imajo enak fazni zamik med omrežnimi napetostmi visoko- in nizkonapetostnih navitij, so razvrščeni v isto skupino navitnih povezav, ki jim je dodeljena številka v skladu z oznako ure.
Za ločitev navitja od jedra in za ločitev visokonapetostnega navitja od nizkonapetostnega navitja se uporabljajo trdi valji, stisnjeni iz pečenega papirja, ali valji iz elektrokartona, tako imenovani mehki cilindri.
Pri gradnji transformatorjev se pogosto uporablja posebno mineralno (naftno) olje, ki se imenuje transformator… Rezervoarji so napolnjeni s transformatorskim oljem in vanj je potopljeno jedro z navitji. Ta zasnova je sprejeta za močnostne transformatorje velike moči, za usmerniške transformatorje visoke moči, za impulzne transformatorje visoke moči.
Dober izolator med navitji in kovinskim ohišjem je transformatorsko olje, ki mu je odstranjena vlaga in nečistoče, torej posušeno in prečiščeno. Poleg tega transformatorsko olje, ki ima večjo toplotno prevodnost kot zrak, dobro prevaja toploto od aktivnih delov transformatorja do zunanjih površin rezervoarja.
Z večanjem moči transformatorja izgube rastejo hitreje od njegovih geometrijskih dimenzij, kar vodi do potrebe po povečanju njegove hladilne površine. Oglejte si podrobnosti tukaj: Hladilni sistemi za močnostne transformatorje
V praksi se uporabljajo naprave za pretvorbo izmenične napetosti, pri katerih sta primarna in sekundarna navitja električno povezana. Te naprave se imenujejo avtotransformatorji.
Avtotransformator se od običajnega transformatorja razlikuje po tem, da sta njegova primarna in sekundarna navitja povezana ne samo induktivno (kot pri običajnem transformatorju), temveč tudi električno.
Poglej tudi: Delovne lastnosti močnostnih transformatorjev