Herstellung von großen Leistungstransformatoren

Herstellung von Großtransformatoren

Die Größe, Spannungsbewertung, Strombewertung und Kapazität dieser große Leistungstransformatoren sind enorm. Ihre zuverlässige Leistung ist so wichtig, dass das Design und die Herstellung dieser großen Leistungstransformatoren hochpräzise und komplexe Herstellungs-, Montage-, Prüf- und Testprozesse erfordert.

Material-, Herstellungs- und Prüfanforderungen jedes Teils des Leistungstransformators sind einzigartig und hängen vollständig von ihren Arbeits- und Leistungsanforderungen ab. Um also zu verstehen, wie große Leistungstransformatoren hergestellt werden, müssen wir die Herstellung jedes einzelnen Teils einzeln besprechen.

Herstellung von Transformatorenkernen

Man kann sagen, dass die Kerne das Herzstück der Transformatoren sind und sie für den Energieübertrag zwischen der primären und der sekundären Wicklung des Transformators verantwortlich sind. Da sie als das Herzstück des Transformators gelten und für die Energieübertragung zuständig sind, ist ihre qualitativ hochwertige Herstellung sehr wichtig.

Sie werden aus hochqualitativem, gerichteten elektrischen Stahl hergestellt. Ein Stahltyp, der speziell für die Herstellung von Bauteilen elektrischer Produkte entwickelt wurde. Dieser Stahl wird in Form von sehr dünnen Blechen verwendet, die typischerweise zwischen 0,18 und 0,35 mm dick sind. Dünne Bleche helfen, die Wirbelstromverluste während der Energieübertragung von der primären zur sekundären Wicklung zu reduzieren.

Um das Stahlblech in der perfekten Breite zu erhalten, wird die Stahlrolle mit einer Präzisionsmetallschneidemaschine, auch als Schneidemaschine bekannt, auf die erforderliche Breite geschnitten. Die Maschine schneidet eine breitere Stahlblechrolle in eine kleinere Rolle der erforderlichen Breite. Nach Erhalt der erforderlichen Breite wird die Stahlrolle dann durch eine Laserschneidemaschine oder CNC-Stanzpresse verarbeitet, um die rechteckigen Teile mit hoher Präzision auszuschneiden.

Mehrere dünne Stahlbleche werden zusammengefügt, um einen Kern zu bilden, aber vor der Montage wird jedes Blech zunächst mit einer Isolationsschicht aus entweder Oxidbeschichtung oder Lack beschichtet. Dies hilft, Wirbelstromverluste zu reduzieren und verhindert mögliche Kurzschlüsse zwischen den Kernblechen.

Nach der Beschichtung werden die Stahlbleche in einer speziellen Konfiguration gestapelt, die als Stufenlap-Konfiguration bezeichnet wird. Diese Stufenlap-Konfiguration verbessert die magnetische Flussleistung des Kerns und hilft, Kernverluste zu reduzieren. Die Kerne großer Leistungstransformatoren werden mit automatisierten Robotern gestapelt, um enge Toleranzen zu erreichen. Die gestapelten Laminationen bilden die E- und I-förmigen Kernsegmente.

Gestapelte Bleche, wenn sie nicht fest geklemmt sind, können aufgrund des hohen Stromflusses elektrischen Vibrationen ausgesetzt sein. Daher wird der Kern mit einer Kernklemme oder einer Spannstange komprimiert, um diese elektrischen Vibrationen zu beseitigen. Um die Festigkeit der Kernstruktur zu verbessern, wird ein Metallrahmen aus demselben Material verwendet, um das Blech einzuschließen. Dies verleiht dem Kern mehr mechanische Stabilität und verhindert Bewegungen unter extremer Betriebsbelastung.

Da große Leistungstransformatoren so gebaut sind, dass sie länger halten, ohne dass ihre Leistung abnimmt. Um dies zu erreichen, werden die Kernen der großen Leistungstransformatoren zum Stressabbau geglüht. Spannungen können in dem Stahlblech aufgrund von mechanischem Schneiden, Stapeln und Montieren verbleiben.

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Herstellung der Primär- und Sekundärwicklungen von Transformatoren

Wie viel Strom Ihr Transformator regulieren kann und ob Ihr Transformator ein Hochtransformator oder ein Tieftransformator ist, hängt von der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators ab. Die Verwendung hochwertiger Materialien und präziser Fertigungsprozesse ist entscheidend für die Herstellung einer leistungsstarken Transformatorwicklung.

Kupfer und Aluminium sind die beiden am häufigsten verwendeten Materialien zur Herstellung von Transformatorwicklungen, und unter diesen beiden ist Kupfer hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit mit minimalen Verlusten überlegen, während Aluminium eine kosteneffiziente Option darstellt. Die Verwendung von Kupfer bedeutet auch, dass weniger Material im Vergleich zu Aluminium benötigt wird, um denselben elektrischen Leitwert zu erreichen. Weniger Material bedeutet weniger Gewicht und weniger Platz, der für die Wicklungen benötigt wird.

Was die Form des Materials betrifft, können Sie sowohl runde als auch rechteckige Drähte für große Leistungstransformatoren mit niedriger bis mittlerer Spannung erwarten. Für Hochspannungsgroßtransformatoren werden jedoch Kupfer- oder Aluminiumfolien oder -streifen verwendet. Diese werden verwendet, um Wirbelstromverluste zu reduzieren.

Da es keinen direkten Kontakt zwischen Kern und Wicklung sowie innerhalb verschiedener Schichten der Wicklung geben kann, muss eine ordnungsgemäße Isolierung des Leiters erfolgen. Dies ist auch wichtig, um mögliche Kurzschlüsse später oder während der Nutzungsdauer des Transformators zu vermeiden.

Um alle Arten von elektrischen Drähten im Leistungstransformator zu isolieren, werden spezielle emaillierte Drähte verwendet. In großen Leistungstransformatoren wird jedoch ölimpregniertes Kraftpapier oder Nomex-Isolierung verwendet, um Kupfer- oder Aluminiumstreifen vom Kern zu isolieren. Um die Schichten der Wicklungen zu isolieren, werden isolierende Papiere oder Mylarblätter zwischen den Wicklungsschichten platziert. Diese Isolierung stellt sicher, dass die dielektrische Festigkeit zwischen den Schichten gut bleibt und hohe Spannungen standhalten kann.

Der wichtigste Prozess in der Herstellung von Wicklungen ist das Wickeln des leitenden Materials selbst. Die Transformatorwicklung wird in Niederspannungswicklungen und Hochspannungswicklungen unterteilt, und beide werden mit unterschiedlichen Wickeltechniken gewickelt.

Die Niederspannungswicklungen bestehen aus relativ dickeren Kupfer- oder Aluminiumstreifen, da sie höhere Ströme bewältigen müssen. Die dickeren Streifen können mit der helicalen Wickeltechnik, der Plattenwickeltechnik oder der Folienwickeltechnik gewickelt werden. Alle drei Techniken werden als die besten für große Leistungstransformatoren angesehen.

Die Hochspannungswicklungen bestehen aus relativ dünneren Kupfer- oder Aluminiumstreifen, da sie niedrigere Ströme verarbeiten müssen. Die dünneren Streifen können mit der Lagenwickeltechnik, der kontinuierlichen Plattenwickeltechnik oder der versetzten Wickeltechnik gewickelt werden.

Da die Wicklungen den größten Teil der elektrischen Stromregulierungsarbeit leisten und aller Strom, der durch Transformatoren fließt, durch sie hindurchgeht, darf keine Feuchtigkeit in der Wicklung vorhanden sein. Um alle Arten von Feuchtigkeit zu entfernen, wird die Wicklung in den Ofen gelegt und getrocknet. Die Öltyp-Transformator Wicklungs- und Kernausführung wird in Öl eingetaucht gehalten, um Feuchtigkeit fernzuhalten.

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Herstellung von Tanks für Großtransformatoren

Große Leistungstransformatoren benötigen einen Tank, um ihre Kern- und Wicklungsanordnung sowie das Transformatoröl zu halten, das die Wicklungs- und Kernausführung umschließt. Sobald alles installiert ist, wird der Transformatorbehälter abgedichtet, um alle inneren Teile von der Umgebung zu isolieren.

Der Transformatorbehälter muss aus einem Material hergestellt werden, das allen Umweltfaktoren wie Wind, Sturm und Feuchtigkeit standhalten kann. Er muss auch die durch die Transformatorwicklung während des Betriebs erzeugte Wärme widerstehen.

Um ihn widerstandsfähig gegen all diese Faktoren zu machen, wird er aus hochwertigem Stahl hergestellt, normalerweise aus rostfreiem Stahl oder galvanisiertem Stahl. Beide Materialien haben eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und können jeder Art von Umweltbedingungen standhalten.

Das Blech durchläuft mehrere grundlegende, jedoch meist CNC- oder automatisch gesteuerte Präzisionsmaschinen. Dieser Prozess ist Teil von CNC-Bearbeitung, bei der das Stahlblech präzise in die erforderlichen Längen geschnitten wird, indem fortschrittliche Methoden wie Laserschneiden, Plasmaschneiden oder Scherschneiden verwendet werden.

Um das Stahlblech in eine tankähnliche Form zu bringen, wird es durch Biege- und Walzmaschinen geführt, die seine flache Form in eine tankartige Geometrie deformieren. Zum Abschluss ist das Schweißen des Tanks erforderlich, und um die höchste Festigkeit an allen geschweißten Verbindungen des Transformator­tanks zu erreichen, wird die TIG- oder MIG-Schweißtechnik eingesetzt.

Falls erforderlich, werden auch Steifigkeiten im Transformator­tankkörper hinzugefügt, um dem Tank zusätzliche Festigkeit zu geben, insbesondere für große Leistungstransformatoren. Da der Tank der Hauptkörper ist, der die Transformatorwärme in die Umgebung abstrahlt, könnte der Tank Finnen und ein Kühlsystem benötigen, die an ihm angebracht sind. Die Finnen sind je nach Design entweder massive Finnen, die einfach an der Außenseite des Tanks geschweißt werden, oder hohle Rohre, die als Teil des Tanks geschweißt werden. Hohe Rohre ermöglichen die Zirkulation von Kühlöl in ihrem Inneren für eine bessere Wärmeableitung.

Der Transformator­tank wird allen externen Umweltfaktoren ausgesetzt und wird harten Bedingungen unterworfen. Die Außenseite des Tanks wird durch verschiedene Oberflächenbehandlungsprozesse bearbeitet und kann mit verschiedenen Korrosionsschutzfarben oder Pulverbeschichtungen beschichtet werden.

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Herausforderungen bei der Herstellung von Großtransformatoren

Da diese Transformatoren groß sind und die Herstellung eines so großen Transformators mit hoher Präzision eine eigene Herausforderung ist. Es gibt bestimmte Herausforderungen, denen selbst die größten Hersteller von Leistungstransformatoren der Welt gegenüberstehen könnten.

Größe und Gewicht von Transformatoren

Die offensichtlichste der Herausforderungen ist die Größe und das Gewicht des gesamten großen Leistungstransformators sowie seiner einzelnen Teile. Da jedes Teil aus Stahl oder anderen Metallen besteht, wiegt es Hunderte von Kilogramm, wenn nicht Tausende. Das präzise Bewegen, Schneiden, Fertigen und Montieren solcher schweren Teile ist eine Herausforderung, der große Leistungstransformatoren-Hersteller in den USA gegenüberstehen werden.

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Präzisionsfertigungsmaschinen

Die nächste Herausforderung, der große Leistungstransformatoren-Hersteller gegenüberstehen werden, sind Präzisionsherstellungsmaschinen. Diese Maschinen sind teuer und so spezialisiert, dass sie kaum andere Fertigungsaufgaben übernehmen. Sie sind auch so komplex, dass der Betrieb und die Wartung dieser Maschinen ebenfalls eine Herausforderung sind. Die Anschaffungs- und Betriebskosten dieser Maschinen wirken sich erheblich auf den Preis der großen Leistungstransformatoren aus.

Fachkräfte für die Herstellung

Der Markt für große Leistungstransformatoren ist riesig und mit unserem ständig steigenden Bedarf an Elektrizität explodiert er, aber es besteht ein ernsthafter Mangel an Fachkräften, die den Ablauf und die Komplexität der Herstellung großer Leistungstransformatoren verstehen. Der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften ist eine ernsthafte Herausforderung, der sich die Hersteller großer Leistungstransformatoren in den USA stellen müssen.

Preis von Großtransformatoren

Obwohl der Markt für große Leistungstransformatoren nicht stark vom Preis der großen Leistungstransformatoren beeinflusst wird, sind alle Volkswirtschaften der Welt verzweifelt darauf bedacht, ihre Betriebskosten zu senken. Die Preise für große Leistungstransformatoren niedrig zu halten, wird eine Herausforderung sein, der selbst die größten Transformatoren der Welt begegnen müssen. Der Einsatz eines kostengünstigen Herstellungsverfahrens und die Entwicklung fortschrittlicher Designs können den Preis der großen Leistungstransformatoren senken.

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Umweltprobleme

Große Leistungstransformatoren sind so groß und verbrauchen so viel Material während der Herstellung, dass sie bei unsachgemäßer Handhabung die Umgebung kontaminieren können. Sie stellen die Herausforderung dar, Abfallmaterialien, die während des Herstellungsprozesses anfallen, zu recyceln. Sie bieten auch die Herausforderung der ordnungsgemäßen Lagerung und Entsorgung von Transformatorenöl nach dessen Nutzungsdauer. Ebenso muss das Isolationsmaterial nach seiner Entfernung vom Transformator während der Wartung ordnungsgemäß entsorgt werden. Die Verwendung von biologisch abbaubaren Estern für die Transformatorenisolierung wird dringend empfohlen.

Fazit

Große Leistungstransformatoren sind ein wichtiger Bestandteil unseres elektrischen Stromerzeugungssystems. Diese elektrischen Maschinen müssen in ihrer Aufgabe der elektrischen Energieverteilung außergewöhnlich gut funktionieren. Um eine hohe Leistung zu erzielen, muss jedes ihrer Teile mit extremer Präzision entworfen, hergestellt, getestet und montiert werden. Der Einsatz von CNC-Maschinen und Präzisionsherstellungsmaschinen sowie die Automatisierung oder Roboter zur Herstellung präziser Teile sind notwendig, erhöhen jedoch den Endpreis des Leistungstransformators. Große Leistungstransformatoren bieten eigene Herausforderungen und erfordern eine ordnungsgemäße Handhabung, um mögliche Schäden an der Umgebung zu vermeiden.

Nachverfolgung

Große Leistungstransformatoren sind so groß und schwer, dass die präzise Herstellung jedes Teils dieser Transformatoren eine große Herausforderung darstellt. Die Fertigung von Transformatoren erfordert Präzision und Qualität, die für die benötigten Leistungskompetenzen und -kenntnisse erforderlich sind.

Bei Daelim Transformer entwerfen wir, produzieren, montieren, prüfen, und der testen große Leistungstransformatoren.. Unsere Transformatoren sind weltweit für ihre hohe Leistung und außergewöhnliche Zuverlässigkeit bekannt. Wir sind bereits in den USA, Kanada, Europa, Australien und in anderen Ländern tätig, wo wir bereits erfolgreich viele Leistungstransformatoren in Betrieb genommen haben.

Wenn Sie Fragen zu großen Leistungstransformatoren haben, Kontaktieren Sie uns und wir werden Sie durch den Prozess führen.