Wysokiej jakości transformator mocy od chińskiego producenta zgodny z normami IEC

Co to jest transformator?

Transformator to urządzenie elektryczne, które wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej do zmiany napięcia prądu przemiennego, zwykle włączającTransformatory podwyższające i obniżające. W procesie ustawiania i obniżania napięcia transformatory utrzymają swoją częstotliwość na niezmienionym poziomie, zmieniając przełożenie zwojów pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym. Jego podstawowy mechanizm działania polega na tym, że gdy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, wytwarza zmienne pole magnetyczne w rdzeniu, które z kolei indukuje siłę elektromotoryczną w uzwojeniu wtórnym, umożliwiając w ten sposób konwersję pomiędzy napięciem i prądem: zwiększenie napięcia zmniejsza prąd, zmniejszanie napięcia zwiększa prąd, a w idealnym przypadku całkowita moc pozostaje stała. Ta cecha pozwala znacznie zmniejszyć straty przesyłowe w dostawie energii na duże odległości, zapewniając jednocześnie bezpiecznie dostosowane napięcia dla różnych urządzeń w miejscu użytkowania. Typowe zastosowania obejmują gigantyczne transformatory w podstacjach, transformatory dystrybucyjne na słupach elektroenergetycznych, aż po miniaturowe transformatory w ładowarkach do telefonów komórkowych. Jednak szczególnie na to trzeba zwrócić uwagętransformator działa tylko na prąd przemienny i nie może przetwarzać prądu stałego.

Jaka jest zasada działania transformatora?

Zasada działania transformatora opiera się naprawo indukcji elektromagnetycznej. Kiedy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, wytwarza zmienny strumień magnetyczny w rdzeniu. Ten zmienny strumień jednocześnie łączy uzwojenie pierwotne i wtórne, indukując siłę elektromotoryczną (EMF) w każdym uzwojeniu. Poprzez tę indukcję elektromagnetyczną transformator przenosi energię elektryczną i przekształca napięcie, jedynie poprzez sprzężenie magnetyczne pomiędzy dwoma uzwojeniami i bez bezpośredniego połączenia elektrycznego.

Zależność transformacji napięcia to:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

gdzie U₁, U₂ to napięcia pierwotne i wtórne, N₁, N₂ to liczba zwojów w uzwojeniach, a k to przełożenie zwojów. Kiedy uzwojenie wtórne ma więcej zwojów niż uzwojenie pierwotne, transformatorpodchodziwoltaż; kiedy ma mniej zwojów, toschodziwoltaż.

Konstrukcja i kluczowe komponenty

Transformator składa się głównie z części aktywnej, takiej jakrdzeń, uzwojenia, izolacja i przewody, zbiornik, układ chłodzenia, urządzenia zabezpieczające i tuleje. Najważniejszymi elementami są rdzeń i uzwojenia, zwane także cewkami.

1. Rdzeń (obwód magnetyczny)

Rdzeń zapewnia ścieżkę magnetyczną i składa się z nóg rdzenia (sekcji pionowych, na których zamontowane są uzwojenia) i jarzm (sekcji poziomych zamykających ścieżkę magnetyczną). Aby zmniejszyć straty prądu wirowego i straty spowodowane histerezą, rdzeń jest zwykle zbudowany z warstwlaminaty ze stali krzemowej, każdy pokryty lakierem izolacyjnym lub warstwą tlenku w celu odizolowania ich od siebie. Konfiguracje podstawowe to głównietypu rdzeniowego(uzwojenia otaczają nogi rdzenia, powszechne w transformatorach mocy) itypu skorupowego(rdzeń otacza uzwojenia, co skutkuje niskim strumieniem rozproszenia i dużą wytrzymałością mechaniczną, często stosowaną w instrumentach precyzyjnych i małych urządzeniach).

2. Uzwojenia (obwód elektryczny)

Uzwojenia to obwód elektryczny transformatora, podzielony nauzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne. Wykonane są z drutu miedzianego lub aluminiowego z izolacją o wysokiej wytrzymałości. Uzwojenia są zwykle ułożone koncentrycznie (uzwojenie niskiego napięcia umieszczone obok nogi rdzenia, uzwojenie wysokiego napięcia nawinięte na zewnątrz). Jeśli chodzi o izolację, nowoczesne transformatory zanurzone w oleju najczęściej wykorzystująkompozytowy system izolacji z barierą olejowo-papierowąskładający się z preszpanu, papieru kablowego i oleju transformatorowego. Grubość preszpanu wynosi zazwyczaj 2-5 mm, co umożliwia niezawodną izolację przy wysokich poziomach napięcia.

Powyżej opisano rdzeń układu elektromagnetycznego oraz następujące układy pomocnicze, które są również bardzo ważne dla transformatorów zanurzonych w oleju:

Zbiornik:Zewnętrzny pojemnik służący do przechowywania żelaznych rdzeni, uzwojeń i napełniania olejem transformatorowym. Transformatory o dużej mocy są zwykle wyposażone w zewnętrzne grzejniki lub rury chłodzące w celu poprawy odprowadzania ciepła.

Olej transformatorowy:Służy zarówno jako czynnik izolacyjny (o lepszych parametrach izolacyjnych niż powietrze), jak i czynnik chłodzący (ciepło wytwarzane przez rdzeń i uzwojenie transformatora przekazywane jest na ściankę zbiornika oleju poprzez konwekcję oleju). Według różnych temperatur krzepnięcia olej transformatorowy dzieli się na różne gatunki, takie jak10, 25 i 45przystosować się do różnych warunków klimatycznych.

Konserwator (zbiornik wyrównawczy oleju):Poziomy zbiornik paliwa zainstalowany nad głównym zbiornikiem paliwa, połączony rurami. Oddziela olej od powietrza poprzez membranę. Opierając się na właściwościach rozszerzania się i kurczenia oleju pod wpływem zmian temperatury, magazynuje olej w wyższych temperaturach i dostarcza olej w niższych temperaturach, zmniejszając w ten sposób kontakt oleju z powietrzem oraz zapobiegając wchłanianiu wilgoci i starzeniu.

Tuleje:Wyprowadzić przewody wysokiego i niskiego napięcia z izolowanych zacisków obudowy transformatora; Zapewniają izolację elektryczną i wsparcie mechaniczne.

Urządzenia ochronne:Obejmuje przełączniki zaczepów pod obciążeniem lub bez obciążenia, przekaźniki Buchera (przekaźniki gazowe), przeciwwybuchowe porty wydechowe (bezpieczne porty wydechowe), maski odwadniające (maski silikonowe), elementy wykrywające temperaturę i powiązane przyrządy. Urządzenia te zazwyczaj zapewniają monitorowanie w czasie rzeczywistym i kompleksową ochronę.

Rodzaje transformatorów

Transformatory można sklasyfikować według kilku aspektów:

1. Zgodnie z wnioskiem

Transformatory mocy:Transformatory mocy wykorzystywane są głównie do przetwarzania napięcia oraz przesyłu/dystrybucji mocy w systemach elektroenergetycznych, stanowiąc ponad 80% wszystkich transformatorów.

Transformatory dystrybucyjne:Transformatory rozdzielcze zwykle odnoszą się do transformatorów poniżej 35 kV (głównie 10 kV/0,4 kV), które bezpośrednio dostarczają energię do odbiorców końcowych.

Transformatory specjalne:W tym transformatory probiercze do badania wytrzymałości napięciowej, przekładniki przyrządowe (w tym przekładniki napięciowe, przekładniki prądowe do pomiarów i zabezpieczeń), transformatory prostownicze prądu przemiennego na prąd stały, stosowane do elektrolizy, galwanizacji, napędu prądu stałego, transformatory piecowe, transformatory górnicze itp.

2. Według medium chłodzącego i izolacyjnego

Transformatory zanurzone w oleju:Zanurzony w oleju żelazny rdzeń transformatora i uzwojenie są całkowicie zanurzone w mineralnym oleju izolacyjnym, który ma doskonałe właściwości odprowadzania ciepła i izolacji, wysoką wydajność i stosunkowo niski koszt. Transformatory zanurzone w oleju są szeroko stosowane w podstacjach zewnętrznych i parkach przemysłowych, ale wymagają środków zapobiegających pożarom i wybuchom.

Transformatory suche:Rdzeń żelazny i uzwojenie transformatorów suchych nie są zanurzone w oleju; Używają powietrznych lub stałych materiałów izolacyjnych, takich jak odlewy z żywicy epoksydowej. Transformatory suche są ognioodporne i szczelne, nadają się do stosowania w pomieszczeniach zamkniętych, w których obowiązują surowe przepisy przeciwpożarowe, takich jak wieżowce, centra danych, centra handlowe i szpitale.

Transformatory w izolacji gazowej:Transformatory z izolacją gazową są stosunkowo rzadkie na rynku i zazwyczaj wykorzystują gazy syntetyczne, takie jak SF₆, jako media chłodzące i izolacyjne, odpowiednie do specjalnych warunków pracy.

3. Według liczby zwojów

Transformator dwuuzwojeniowy:W systemach elektroenergetycznych dość powszechne są transformatory dwuuzwojeniowe, które mają jedno uzwojenie wysokiego (średniego) napięcia i jedno uzwojenie niskiego napięcia (jedno uzwojenie pierwotne i jedno uzwojenie wtórne).

Transformator trójuzwojeniowy:Transformator trójuzwojeniowy ma trzy uzwojenia na fazę, podłączone do różnych poziomów napięcia (np. strona wysokiego napięcia, strona średniego napięcia, strona niskiego napięcia). Transformator ten jest powszechnie stosowany w podstacjach wymagających wielu poziomów napięcia.

4. Zgodnie z konfiguracją rdzenia/uzwojenia

Transformator rdzeniowy:Uzwojenie transformatora typu rdzeniowego otacza nogi żelaznego rdzenia (żelazny rdzeń jest otoczony przez uzwojenie). Produkt ten ma prostą konstrukcję, niski koszt i jest szeroko stosowany w systemach elektroenergetycznych.

Transformator skorupowy:Rdzeń transformatora płaszczowego otacza uzwojenie (uzwojenie otacza rdzeń). Ma takie cechy, jak niski strumień wycieku, wysoka wytrzymałość mechaniczna i kompaktowy rozmiar i jest powszechnie stosowany w precyzyjnych instrumentach i małym sprzęcie.

5. Według liczby faz

Transformatory jednofazowe stosowane do obciążeń jednofazowych lub do tworzenia grup trójfazowych i transformatorów trójfazowych.

6. Zgodnie z metodą regulacji napięcia

Przełącznik zaczepów poza obwodem (bez obciążenia) (wymaga odłączenia zasilania) i przełącznik zaczepów pod obciążeniem (automatyczna regulacja napięcia pod obciążeniem).

7. Według typu połączenia elektrycznego

Transformator separujący (izolujący):Uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne transformatora izolującego są od siebie odizolowane elektrycznie, jedynie poprzez sprzężenie magnetyczne. Ten typ transformatora charakteryzuje się wyjątkowo wysokim bezpieczeństwem i jest powszechnie stosowany w sprzęcie medycznym i precyzyjnych instrumentach, aby zapobiec porażeniu prądem i zakłóceniom elektromagnetycznym.

Autotransformator:Pierwotny i wtórny dzielą część uzwojenia, mając zarówno sprzęgło magnetyczne, jak i bezpośrednie połączenie elektryczne. Kompaktowy, mały rozmiar, niskie straty, ale brak izolacji między pierwotnym i wtórnym. Stosowany do rozruchu silnika i regulacji napięcia (np. wariator laboratoryjny).

Jak klasyfikuje się transformatory mocy?

Moc znamionowa (Sn, w kVA lub MVA):Moc pozorna, jaką transformator może dostarczać w sposób ciągły przy napięciu i prądzie znamionowym. Jest to najważniejszy parametr przy wyborze transformatora. Chińskie klasy wydajności odpowiadają serii R10, zwiększając się o współczynnik 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA itd.). Rozsądny wybór wydajności najpierw oblicza maksymalne obciążenie złożone, a następnie wybiera kolejną większą wydajność, tak aby współczynnik obciążenia wynosił około 60-70%, zapewniając zarówno długoterminową bezpieczną pracę, jak i oszczędność.

Napięcie znamionowe (kV):Napięcie pierwotne odpowiada napięciu sieciowemu; napięcie wtórne jest zazwyczaj o 5% lub 10% wyższe niż napięcie szyny niskiego napięcia (w zależności od napięcia impedancji i pojemności), aby skompensować spadek napięcia linii i zapewnić jakość napięcia użytkownika końcowego.

Impedancja zwarciowa (napięcie impedancyjne, Uk%):Procent napięcia pierwotnego wymagany do przepłynięcia prądu znamionowego przez uzwojenie wtórne, gdy uzwojenie wtórne jest zwarte. Jest to krytyczna cecha wpływająca na poziom prądu zwarciowego i regulację napięcia.

Strata bez obciążenia (Po, kW):Moc czynna pobierana ze strony wtórnej transformatora w stanie rozwartym przy częstotliwości znamionowej i napięciu znamionowym składa się głównie ze strat w rdzeniu (strat magnetycznych), które zależą od jakości produkcji i właściwości materiału ze stali krzemowej. Jeśli zastosuje się wysokowydajną stal krzemową i trójwymiarowe rdzenie uzwojone, straty na biegu jałowym można znacznie zmniejszyć.

Strata obciążenia (Pk, kW):Moc czynna pobierana, gdy uzwojenie wtórne jest zwarte, a prąd znamionowy przepływa w uzwojeniu pierwotnym. Składa się głównie ze strat miedzi w uzwojeniach i jest proporcjonalny do kwadratu współczynnika obciążenia.

Wydajność (η):Wyjściowa moc czynna podzielona przez wejściową moc czynną. Duże transformatory mocy mają bardzo wysoką sprawność; na przykład transformator podwyższający generator 380 MVA/500 kV może osiągnąć η ≥ 99,75%.

Grupa wektorów (np. Dyn11, Yyn0):Wskazuje sposób połączenia (Y - gwiazda, D - trójkąt, Z - zygzak) uzwojeń wysokiego i niskiego napięcia oraz ich przesunięcie fazowe. Wpływa na metodę uziemienia punktu neutralnego systemu i ścieżkę prądową składowej zerowej.

Metoda chłodzenia:Np. ONAN (olej naturalny, powietrze, naturalny), ONAF (olej naturalny, wymuszony powietrze), OFWF (wymuszony olej, woda). Czteroliterowe kody określają czynnik chłodzący i metodę obiegu (ON: naturalny obieg oleju; OF: wymuszony obieg oleju; OD: wymuszony obieg oleju; AN: powietrze naturalne; AF: wymuszony obieg powietrza; WF: wymuszony woda).

Jak wybrać odpowiednie transformatory?

Przy wyborze odpowiedniego transformatora, poza określeniem mocy znamionowej i poziomów napięcia, należy wziąć pod uwagę również następujące czynniki:

Charakterystyka obciążenia:Do typowych obciążeń przemysłowych i mieszkaniowych zazwyczaj używamy standardowych transformatorów mocy z podwójnym uzwojeniem. Jeśli wymagane jest wiele poziomów napięcia, należy wybrać transformator trójuzwojeniowy, a moc znamionową każdego uzwojenia należy rozsądnie rozdzielić. W miejscach o rygorystycznych wymaganiach bezpieczeństwa przeciwpożarowego, takich jak centra danych i wieżowce, priorytetem powinny być transformatory suche.

Środowisko instalacji:W przypadku podstacji zewnętrznych preferowane są transformatory zanurzone w oleju z przegrodami ognioodpornymi, natomiast w przypadku zastosowań wewnętrznych preferowane są transformatory typu suchego.

Limity pojemności:W podstacjach wnętrzowych maksymalna moc pojedynczego transformatora olejowego nie powinna przekraczać 1250 kVA; W podstacjach prefabrykowanych maksymalna moc transformatorów olejowych nie powinna przekraczać 630 kVA, a moc transformatorów suchych nie powinna przekraczać 800 kVA.

Wymagania dotyczące regulacji napięcia:W środowiskach o dużych wahaniach napięcia lub częstych regulacjach wymagane są transformatory z przełącznikami zaczepów pod obciążeniem; W zastosowaniach ze stabilnym napięciem można zastosować transformator z bezobciążeniowym przełącznikiem zaczepów.

Wymagania dotyczące efektywności energetycznej i ochrony środowiska:Ze względu na politykę oszczędzania energii, wysokowydajne i energooszczędne produkty transformatorowe stopniowo stają się głównym wyborem. Obecnie udział w rynku transformatorów z rdzeniem żelaznym uzwojonym 3D (ze stratami jałowymi o 15% -25% niższymi w porównaniu z tradycyjnymi rdzeniami żelaznymi laminowanymi) i transformatorów ze stopów amorficznych rośnie z roku na rok.

Zastosowania specjalne:Gdy wymagana jest regulacja napięcia, należy wybrać autotransformator; W przypadku wyższych wymagań bezpieczeństwa elektrycznego bardziej odpowiedni jest wybór transformatora izolującego.