Verstehen der Arten von Transformatorwicklungen und deren Anwendungen

Was ist die Wicklung eines Transformators?

Die Transformatorwicklung ist der Hauptarbeitsbestandteil des Transformators und besteht aus einem isolierten Leiter, der um den Transformator-Kern gewickelt ist. Dies etabliert einen Arbeitsmechanismus, der darauf abzielt, den Magnetfluss von einer Seite zur anderen des Kerns zu übertragen und elektrische Energie zwischen den Schaltungen zu transferieren.

Die Anordnung und das Design der Transformatorwicklung beeinflussen direkt die Effizienz des Transformators, die Spannungsregelung, die Kühlleistung und die Kurzschlussfestigkeit.

In einem Transformator sind die primären und sekundären Wicklungen entsprechend den vom Kunden bereitgestellten Spezifikationen sowie der Spannungsklasse, dem Leistungsbereich und den Anwendungsanforderungen gestaltet. Die verschiedenen Wicklungsarten im Transformerbau werden entsprechend der erforderlichen Optimierung, der Stromtragfähigkeit, dem Isolierungsformat und dem Wärmeableitungsmechanismus des elektrischen Transformators ausgewählt.

Häufige Arten von Transformatorwicklungen

Bei DAELIM Transformer verwenden wir unterschiedliche Transformatorwicklungen für verschiedene Funktionen und Konfigurationen.

Die Wicklungen sind so angeordnet, dass sie eine magnetomotorische Kraft (MMF) erzeugen, die der Kern an andere Wicklungen überträgt, um verschiedene Spannungsniveaus zu erreichen.

Im Großen und Ganzen werden Transformatoren in zwei Haupttypen eingeteilt, basierend auf ihrer Kernstruktur und Wicklungsanordnung:

• Kerntransformator
• Manteltransformator

In unserem Kerntransformator sehen Sie die Wicklung um den Kern gewickelt. Im Gegensatz dazu umschließt der Kern bei einem Manteltransformator die Wicklung.

Unser Wicklungsdesign berücksichtigt Faktoren wie Strombewertung, Kurzschlussfähigkeit, Temperaturgrenzen, Impedanz, Überspannung und Transportanforderungen.

Wie steht es um die Wicklungsart für einen Kerntransformator?

Helixwicklung

Helikale Wicklung kommt in vier Formen: einfach, doppelt, scheibenhelikal und mehrlagig. Wir verwenden helikale Wicklungen in unseren Niederspannungs-Transformatoren mit hoher Kapazität.

Es besteht aus rechteckigen Leiterstreifen, die in Helixform gewickelt sind und radial in parallelen Lagen positioniert werden.

Jede Umdrehung umfasst die gesamte radiale Tiefe der Wicklung. Wir verwenden maximal 16 parallele Streifen, um einen Leiter zu erstellen.

Allgemein verwenden wir vier Arten von Helixwicklungen in unseren Leistungstransformatoren:

• Einfache Helixwicklung: Wir orientieren einfache helikale Wicklungen in axialer Richtung, folgen einem geneigten, schraubenförmigen Pfad. Jede Wicklung hat eine einzelne Umdrehung, die ein schlankes Design bietet, das für Niederspannungsanwendungen geeignet ist.
• Doppelte Helixwicklung: Doppelte helikale Wicklungen minimieren die Wirbelstromverluste, indem die Anzahl der parallelen Leiter reduziert wird. Das Design verbessert die Effizienz des Transformators und reduziert den Gesamtenergieverlust.

• Scheibenhelixwicklung: Wir ordnen die Streifen parallel und nebeneinander in radialer Richtung an, um die radiale Tiefe der Wicklung vollständig abzudecken.

• Mehrlagige Helixwicklung: Diese Art der Wicklung verwenden wir in unseren Hochspannungs-Transformatoren mit Nennwerten von 110 kV und höher. Wir verwenden mehrere zylindrische Lagen, die konzentrisch gewickelt sind und in Serie verbunden wurden.

Vorteile der helicalen Wicklung im Transformator-Design

Der Hauptgrund, warum die helical Wicklung in Transformatoren so weit verbreitet ist, insbesondere für Niederspannungs- und Hochstromwicklungen, liegt in der hervorragenden mechanischen Festigkeit und den überlegenen Kühlmerkmalen dieses Wicklungstyps. Die spezifische kontinuierliche helixförmige Anordnung des leitenden Materials ermöglicht es, den Strom gleichmäßig über das gesamte leitende Material zu verteilen. Dies trägt auch dazu bei, die zirkulierenden Verluste der Transformatorwicklungen, auch bekannt als Kupferverluste, zu reduzieren und die Gesamt Effizienz des Transformators zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil der helical Wicklung in elektrischen Transformatoren ist die Verfügbarkeit von Kühlkanälen zwischen den Leiterlagen aufgrund des einzigartigen Designs der helical Wicklung. Die Ölzirkulation zwischen den Wicklungslagen hilft somit, die Wärmeableitung effizienter zu gestalten. In Anwendungen mit großen Leistungstransformatoren bietet die helical Wicklung im Transformatorbau auch eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die mechanischen Belastungen, die während jeder Belastungsbedingung im Inneren des Transformators entstehen.

Zylindrische Wicklung

Für unseren Niederspannungstransformator mit einer Leistungsbewertung von 600-700 kVA und einem Strom von 10-600 A verwenden wir zylindrische Wicklungen.

Wir wenden zylindrische Wicklungen in ihrer mehrlagigen Form an. Rechteckige Leiter werden in einer zweilagigen Art verwendet, um die Ausführenden Enden zu sichern.

Die Lagen der Wicklungen sind durch Ölleitungen voneinander getrennt, sodass eine effektive Kühlung ermöglicht wird, während das Öl durch die Wicklungsstruktur zirkuliert.

Kontinuierliche Scheiben- und Scheibenwicklung

Wir wenden hauptsächlich Scheibenwicklungen in unseren Leistungstransformatoren an, da sie ein zuverlässiges Transformatorendesign ermöglichen. Für die Wicklung verwenden wir Scheiben oder flache Spulen, die entweder in Serie oder parallel angeordnet sind.

Wir erstellen die Spulen aus rechteckigen Leiterstreifen, die spiralförmig nach außen vom Zentrum in radialer Richtung gewickelt sind.

Einer oder mehrere Streitleiter werden parallel entlang der flachen Seite gewickelt, wodurch diese Wickelart Stärke und Haltbarkeit verleiht.

Jede Scheibe ist durch Sektoren getrennt, die an vertikalen Streifen befestigt sind, während zusätzliche Abstandshalter radiale und axiale Kanäle schaffen.

Dieses Design ermöglicht es, dass das Öl direkt um jede Umdrehung zirkuliert, was eine effiziente Kühlung ermöglicht und die optimale Leistung des Transformators aufrechterhält.

Der Vorteil, den Sie aus Scheiben- und kontinuierlichen Scheibenwicklungen erhalten, ist eine größere mechanische axiale Festigkeit und Erschwinglichkeit.

Warum wird die Scheibenwicklung bei Leistungstransformatoren verwendet?

In der Elektotransformatoren-Industrie ist die Scheibenwicklung im Transformatorbau eine der am häufigsten verwendeten Anordnungen für alle Arten von Mittel- und Hochspannungsanwendungen. In diesem spezifischen Design wird die Wicklung zunächst in mehrere kleine, scheibenförmige Spulen unterteilt. All diese sind miteinander in Reihe geschaltet. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Spannung über die gesamte Wicklungsstruktur des Transformators.

Der große Vorteil der Verwendung dieser Wicklung im Transformatorentwurf ist das Vorhandensein von axialen und radialen Kühlkanälen im Design. Diese Kanäle helfen, die Ölzirkulation im Bereich der Transformatorwicklung zu verbessern und tragen zur Verbesserung der Wärmeableitung und Kühlung des Transformators unter Spitzenlastbedingungen bei. Dies hilft, eine niedrigere Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten und die Lebensdauer des Transformators zu erhöhen.

Abgesehen davon bieten die Wicklungen eine hervorragende mechanische Festigkeit, die sie für Transformatoren geeignet macht, die häufigen Fehlerbedingungen ausgesetzt sind.

Kreuzwickelung

In vielen Fällen wenden wir diese Art von Wicklung in der Hochspannungswicklung unserer kleinen Transformatoren an.

Wir trennen die Wicklungslagen um 0,5 bis 1 mm und stellen sicher, dass die Spannung bei 800 und 1000 gehalten wird.

Normalerweise hat die Kreuzwicklungsart mehr Stärke im Vergleich zur zylindrischen Wicklungsart. Vergessen Sie auch nicht, dass die Kreuzwicklung eine geringere Impulsfestigkeit als die zylindrische hat.

Sie werden auch höhere Arbeitskosten haben, wenn Sie einen Transformator mit einer Wicklungsart vom Typ Crossover verwenden.

Arten von Transformatorwicklungen für Kerntransformatoren

Sandwichwickelung

Bei Sandwichwicklungen sind die primären und sekundären Wicklungen in abwechselnden Schichten angeordnet, was sie im Grunde genommen zusammen “sandwichiert”.

Das Design ermöglicht es den Wicklungen, das Magnetfeld zu teilen, was die Effizienz des Transformators erhöht und Energieverluste reduziert.

Wir stellen gleichmäßige Ampere-Wicklungen in jeder Wicklung sicher, um die magnetomotorischen Kräfte in den Abschnitten auszugleichen.

Mehr Ressourcen: Warum benötigt der Transformator eine ausgewogene Wicklung?

Durch die Erhöhung des Unterteilungsgrads wird die gesamte Reaktanz reduziert, was zu einer verbesserten elektrischen Leistung führt.

Vorteile der Sandwichwicklung im Transformerbau

Diese Sandwichwicklung im Transformator-Design ist ein einzigartiges Wicklungsdesign, das die primären und sekundären Wicklungsabschnitte im gesamten Wicklungsbau des Transformators abwechselt. Diese einzigartige Anordnung der primären und sekundären Wicklung verbessert das magnetische Kopplung zwischen der Wicklung und reduziert signifikant die Leckreaktanz.

Diese einzigartige Sandwichwicklungsanordnung ist besonders vorteilhaft bei Transformatoren des Schalentyp. Dies liegt daran, dass diese Sandwichwicklung es ermöglicht, dass der Magnetfluss gleichmäßiger über die Kernstruktur des Transformators verteilt wird.

Aufgrund dessen erreichen Transformatoren, die Sandwichwicklungen im Transformatorbau verwenden, oft eine bessere Spannungsregelung, reduzieren Verluste und verbessern die Kurzschlussleistung.

Vorteile der Sandwichtyp-Wicklung in Transformatoren

• Verbesserte Isolation: Die Kernstruktur bietet eine überlegene Isolation für die Wicklungen und erhöht die Sicherheit, insbesondere in Hochspannungsanwendungen.
• Reduzierter Streufluss: Der den Wicklungen umgebende Kern beschränkt den magnetischen Fluss, minimiert den Streufluss und fördert höhere Effizienz.
• Verbesserte mechanische Festigkeit: Eine robuste Kernstruktur bietet starken Halt und verringert das Risiko von Schäden durch äußere Kräfte oder Kurzschlüsse.
• Kompaktes Design: Die den Kern umgebende Struktur führt zu einem kompakteren Transformator, der ideal für platzbegrenzte Installationen ist.
• Bessere Wärmeableitung: Der Kern hilft, Wärme zu verteilen, die Kühlung zu verbessern und die Lebensdauer des Transformators zu verlängern.
•  Höhere Effizienz für Niedrig- bis Mittelstrom: Besonders effizient in Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Strom aufgrund reduzierter Energieverluste.
• Bessere Kurzschlussfestigkeit: Die gleichmäßige Verteilung der magnetischen Kräfte im Gehäusedesign erhöht die Widerstandsfähigkeit gegenüber Kurzschlüssen und verbessert die Fehlerverträglichkeit.

Faktoren, die die Auswahl der Wicklungsarten für Transformatoren beeinflussen

Bei der Konstruktion eines elektrischen Transformators für eine spezifische Anwendung ist es sehr wichtig, eine geeignete Art von Transformatorwicklung auszuwählen. Diese Auswahl der Arten von Transformatorwicklungen hängt von mehreren ingenieurtechnischen Überlegungen ab. Transformator-Designer bewerten Faktoren wie Stromdichte, Spannungsbelastungen, mechanische Kräfte, die während einer Kurzschlussart angewendet werden, die Kühlanforderungen und die Herstellungskosten des elektrischen Transformators, bevor sie eine bestimmte Wicklungsanordnung auswählen.

Bei dieser Auswahl der Art der Transformatorwicklung werden folgende Faktoren berücksichtigt:

• Die Nennspannung und der Nennstrombedarf des elektrischen Transformators.
• Die Gesamtleistung des Transformators.
• Die Isolationsanforderungen für die spezifische Anwendung.
• Die Kühlleistung, die erforderlich ist, um die Bedürfnisse des Transformators zu erfüllen.
• Die Kurzschlussfestigkeit des benötigten Transformators.
• Die mechanische Festigkeit der verschiedenen Teile des Transformators.
• Der Transportbedarf im Hinblick auf spezifische Installations- und andere Installationsbeschränkungen, einschließlich des verfügbaren Bereichs.

Die Auswahl der richtigen Wicklung in der Transformatorenbauweise trägt dazu bei, die langfristige Zuverlässigkeit, Sicherheit und Betriebseffizienz der spezifischen Anwendung sicherzustellen.

Als professioneller Hersteller von MV- und HV-Transformatoren sowie globaler Anbieter verfügt Daelim Transformer über ein Team von professionellen und erfahrenen Ingenieuren, die seit Jahrzehnten optimale Transformatorwicklungen aller Art basierend auf den Projektanforderungen, Betriebsbedingungen und anderen elektrischen systemspezifischen Vorgaben empfehlen und entwerfen. Dies kann helfen, höhere Effizienz und größere Zuverlässigkeit in den Betriebsabläufen sicherzustellen. Kontaktieren Sie uns heute für fachkundige und maßgeschneiderte Lösungen für Ihre Anforderungen an elektrische Transformatoren.

Vergleich gängiger Wicklungsarten bei Transformatoren

Im Folgenden finden Sie einen kurzen Vergleich der verschiedenen Wicklungstypen von Transformatoren, der Ihnen hilft, die verschiedenen Arten von Transformatorwicklungen zu verstehen.

Fazit

Kurz gesagt, verschiedene Arten von Transformatorenwicklungen erfüllen spezifische Betriebsbedürfnisse, indem sie Effizienz, Kühlung und mechanische Festigkeit optimieren.

Bei transformatorischen Kernen werden häufig spiralförmige und zylindrische Wicklungen verwendet, um unterschiedliche Ströme zu bewältigen und eine effektive Kühlung für Anwendungen mit niedriger bis mittlerer Spannung aufrechtzuerhalten, während Scheibenwicklungen hochkapazitive Transformatoren mit zusätzlicher Haltbarkeit unterstützen.

Gehäusetransformatoren verwenden Sandwichwicklungen, bei denen primäre und sekundäre Wicklungen geschichtet sind, um Energieverluste zu reduzieren und die Isolation zu verbessern.

Das Design beschränkt den magnetischen Fluss, um das Streuen zu minimieren, und bietet eine kompakte, robuste Struktur, die ideal für hochbelastete Umgebungen ist, was diese Transformatoren effizienter und zuverlässiger macht.

Häufig gestellte Fragen

Wie viele Wicklungsarten gibt es bei einem Transformator?

Es gibt sieben verschiedene Wicklungsarten in elektrischen Transformatoren, nämlich Schraubenwicklung, zylindrische Wicklung, Scheibenwicklung, kontinuierliche Scheibenwicklung, Überkreuzwicklung und Sandwichwicklung.

Was ist die Transformatorwicklungsformel?

Die Transformatorwicklungsformel beruht auf der Beziehung zwischen Spannung, Strom und der Anzahl der Windungen in jeder Spule. Sie besagt, dass das Verhältnis von Primär- zu Sekundärstrom direkt proportional zum Verhältnis von Sekundär- zu Primärwindungen ist, was direkt proportional zum Verhältnis von Sekundär- zu Primärspannung ist.

Was ist ein Transformator mit zwei Wicklungen?

Es ist ein anderer Name für Transformatoren mit doppelt Wicklung und ist die gängigste Wickelmethode in elektrischen Transformatoren, wo es zwei unterschiedliche Wicklungen, Primär- und Sekundärwicklung, gibt.

Was ist ein Transformator mit drei Wicklungen?

Die Dreifachwicklungs-Methode fügt der Transformatorwicklungssektion nach den beiden Hauptwicklungen (Primär- und Sekundärwicklung) eine dritte Wicklung hinzu. Dies wird auch als Tertiärwicklungs-Transformator bezeichnet und ermöglicht es dem Transformator, mehrere Ausgangsspannungen zu liefern.