Zrozumienie rodzajów uzwojeń transformatorowych i ich zastosowań

Czym jest nawinięcie transformatora?

Nawiniecie transformatora jest główną częścią roboczą transformatora i składa się z izolowanego materiału przewodzącego, który jest nawinięty wokół rdzenia transformatora. To ustanawia mechanizm roboczy, który działa na transfer strumienia magnetycznego z jednej strony rdzenia na drugą stronę i transfer energii elektrycznej pomiędzy obwodami.

Ułożenie i projekt nawinięcia transformatora bezpośrednio wpływają na efektywność transformatora, regulację napięcia, wydajność chłodzenia oraz wytrzymałość na zwarcia.

W transformatorze, pierwotne i wtórne nawinięcia transformatora są projektowane zgodnie z specyfikacjami dostarczonymi przez klienta oraz zgodnie z klasą napięcia transformatora, mocą znamionową i wymaganiami aplikacyjnymi. Różne typy nawinięć w budowie transformatorów są wybierane zgodnie z potrzebną optymalizacją, zdolnością przenoszenia prądu, formatem izolacji oraz zgodnie z mechanizmem rozpraszania ciepła transformatora elektrycznego.

Typowe rodzaje uzwojeń transformatora

W firmie DAELIM Transformer używamy różnych uzwojeń transformatorów do różnych funkcji i konfiguracji.

Uzwojenia są ułożone w celu wytworzenia siły magnetomotorycznej (MMF), którą rdzeń przekazuje do innych uzwojeń, aby osiągnąć różne poziomy napięcia.

Ogólnie transformatory klasyfikuje się w dwie główne kategorie na podstawie ich struktury rdzenia i układu uzwojenia:

• Transformator typu rdzeniowego
• Transformator typu shell

W naszym transformatorze typu rdzeniowego zobaczysz uzwojenie owinięte wokół rdzenia. W przeciwieństwie do tego, w transformatorze typu shell, rdzeń sam otacza uzwojenie.

Nasz projekt uzwojenia uwzględnia czynniki takie jak znamionowe parametry prądowe, pojemność zwarciową, ograniczenia temperaturowe, impedancję, napięcie skoku i wymagania transportowe.

Jakie są rodzaje uzwojeń transformatora dla transformatora rdzeniowego?

Uzwojenie helikalne

Uzwojenie helikalne występuje w czterech formach: pojedyncze, podwójne, dyskowo-helikalne i wielowarstwowe. Używamy uzwojenia helikalnego w naszych transformatorach niskonapięciowych o dużej pojemności.

Składa się z prostokątnych pasków przewodników owiniętych w formie helisy, umieszczonych radialnie w równoległych warstwach.

Każdy zwój obejmuje pełną promieniową głębokość nawijania. Używamy maksymalnie 16 równoległych pasków do wykonania przewodnika.

Ogólnie używamy czterech typów nawijania helikalnego w naszych. transformatory mocy:

• Nawijanie pojedynczego heliksu: Orientujemy pojedyncze nawijania helikalne w kierunku osiowym, podążając za pochyloną, śrubową ścieżką. Każde nawijanie ma pojedynczą warstwę zwojów, co zapewnia uproszczony projekt odpowiedni dla zastosowań niskonapięciowych.
• Nawijanie podwójnego heliksu: Podwójne nawijanie helikalne minimalizuje straty prądów wirowych poprzez redukcję liczby równoległych przewodników. Projekt zwiększa efektywność transformatora i redukuje całkowite straty energii.

• Nawijanie dyskowe helikalne: Układamy paski równolegle i obok siebie wzdłuż kierunku promieniowego, aby w pełni pokryć promieniową głębokość nawijania.

• Nawijanie helikalne wielowarstwowe: Wykorzystujemy ten typ nawijania w naszych transformatorach wysokiego napięcia o napięciach 110 kV i wyższych. Używamy wielu cylindrycznych warstw, nawiniętych koncentrycznie i połączonych szeregowo.

Zalety nawinięcia spiralnego w projektowaniu transformatora

Głównym powodem, dla którego nawinięcie spiralne w transformatorach jest tak szeroko preferowane, szczególnie w przypadku nawinięć niskonapięciowych i o dużym prądzie, jest doskonała wytrzymałość mechaniczna oraz doskonałe cechy chłodzenia tego typu nawinięcia. Specyficzne ciągłe spiralne ułożenie materiału przewodzącego pozwala na równomierny rozkład prądu na całym materiale przewodzącym. To także pomaga zredukować straty krążące w nawinięciu transformatora, znane jako straty miedzi, i zwiększa ogólną efektywność transformatora. Inną główną zaletą nawinięcia spiralnego stosowanego w transformatorach elektrycznych jest obecność kanałów chłodzących pomiędzy warstwami przewodników, co jest zasługą unikalnego projektu nawinięcia spiralnego. Cirkulacja oleju pomiędzy warstwami nawinięcia skutecznie wspomaga rozpraszanie ciepła. W zastosowaniach z dużymi transformatorami mocy, nawinięcie spiralne w budowie transformatora zapewnia także zwiększoną odporność na stresy mechaniczne wytwarzane wewnątrz transformatora podczas każdego obciążenia.

Uzwojenie cylindryczne

Dla naszego transformatora niskonapięciowego o mocy 600-700 kVA i prądzie 10-600 A stosujemy nawijanie cylindryczne.

Zastosowaliśmy cylindryczne nawijania w ich formie wielowarstwowej. Prostokątne przewodniki są używane w typie dwuwarstwowym, aby zabezpieczyć końce wyprowadzające.

Warstwy nawijania są oddzielone przewodami olejowymi, co umożliwia skuteczne chłodzenie, ponieważ olej krąży w całej strukturze nawijania.

Uzwojenie ciągłe dyskowe i dyskowe

Głównie stosujemy nawijanie dyskowe w naszych transformatorach mocy, ponieważ ułatwia to niezawodny projekt transformatora. Do nawijania używamy dysków lub płaskich cewek ułożonych w szereg lub równolegle.

Tworzymy cewki z prostokątnych pasków przewodników, nawijanych spiralnie od środka w kierunku promieniowym.

Jeden lub więcej przewodników w paskach jest nawijanych równolegle wzdłuż płaskiej strony, co nadaje siłę i trwałość temu stylowi nawijania.

Każdy dysk jest oddzielony sektorami przymocowanymi do pionowych pasków, podczas gdy dodatkowe przegrody tworzą przewody promieniowe i osiowe.

Ten projekt pozwala olejowi krążyć bezpośrednio wokół każdego zwoju, co umożliwia skuteczne chłodzenie i utrzymanie optymalnej wydajności transformatora.

Korzyścią, jaką uzyskujesz z nawijania dyskowego i ciągłego nawijania dyskowego, jest większa przyczepność mechaniczna osiowa i opłacalność.

Dlaczego używa się nawinięcia dyskowego w transformatorach mocy

W przemyśle transformatorów elektrycznych, nawinięcie dyskowe w budowie transformatora jest jednym z najczęściej stosowanych układów we wszystkich typach aplikacji średnio- i wysokonapięciowych. W tym konkretnym projekcie, nawinięcie jest początkowo podzielone na kilka małych cewek w kształcie dysku. Wszystkie te cewki są połączone ze sobą szeregowo. To pozwala na bardziej równomierny rozkład napięcia na całej strukturze nawinięcia transformatora.

Główną zaletą stosowania tego nawinięcia w projektowaniu transformatora jest obecność kanałów chłodzących osiowych i promieniowych w jego konstrukcji. Kanały te pomagają w poprawie krążenia oleju w obszarze nawinięcia transformatora oraz poprawiają rozpraszanie ciepła i chłodzenie transformatora w warunkach maksymalnego obciążenia. To pomaga utrzymać niższą temperaturę roboczą i zwiększa żywotność transformatora.

Poza tym, nawinięcia zapewniają doskonałą wytrzymałość mechaniczną, co czyni je odpowiednimi dla transformatorów, które podlegają częstym warunkom awaryjnym.

Uzwojenie crossover

Wielokrotnie stosujemy ten typ nawijania w nawijaniu wysokiego napięcia naszych małych transformatorów.

Oddzielamy warstwy nawijania o grubości od 0,5 do 1 mm i zapewniamy, że napięcie utrzymuje się na poziomie 800 i 1000.

Normalnie typ nawijania krzyżowego ma większą siłę w porównaniu do cylindrycznego typu nawijania. Nie zapominaj również, że nawijanie krzyżowe ma niższą odporność impulsową niż cylindryczne.

Ponadto poniesiesz wyższe koszty robocizny przy użyciu transformatora z nawijaniem krzyżowym.

Rodzaje uzwojeń transformatora dla transformatora typu shell

Uzwojenie typu sandwich

W nawijaniach kanapkowych, nawijania pierwotne i wtórne są układane w naprzemiennych warstwach, właściwie “kanapkowanych” razem.

Projekt umożliwia współdzielenie pola magnetycznego przez uzwojenia, co zwiększa wydajność transformatora i redukuje straty energii.

Zapewniamy równe zwroty amperowe w każdym uzwojeniu, aby zrównoważyć siły magnetomotoryczne w sekcjach.

Więcej zasobów: Dlaczego transformator wymaga zrównoważonego uzwojenia?

Zwiększenie stopnia podziału zmniejsza ogólną reaktancję, co prowadzi do poprawy wydajności elektrycznej.

Korzyści z nawinięcia kanapkowego w budowie transformatorów

To nawinięcie kanapkowe w projekcie transformatora to unikalny projekt nawinięcia, który naprzemiennie układa sekcje nawinięcia pierwotnego i wtórnego w całym zespole nawinięcia transformatora. To unikalne ułożenie nawinięcia pierwotnego i wtórnego pomaga poprawić sprzężenie magnetyczne pomiędzy nawinięciem i znacząco redukuje reaktancję upustową.

Ta unikalna konfiguracja nawinięcia kanapkowego jest szczególnie korzystna w transformatorach typu shell. Dzieje się tak dlatego, że to nawinięcie kanapkowe pozwala na bardziej równomierny rozkład strumienia magnetycznego w całej strukturze rdzenia transformatora.

Dzięki temu, transformatory wykorzystujące nawinięcie kanapkowe w budowie często osiągają lepszą regulację napięcia, redukują straty i poprawiają wydajność w przypadku zwarć.

Korzyści z uzwojenia typu shell w transformatorach

• Wzmocniona Izolacja: Struktura rdzenia zapewnia doskonałą izolację dla uzwojeń, zwiększając bezpieczeństwo, szczególnie w zastosowaniach wysokoprądowych.
• Zredukowany Przepływ Wyciekowy: Rdzeń otaczający uzwojenia ogranicza przepływ magnetyczny, minimalizując straty oraz promując wyższą wydajność.
• Poprawiona Wytrzymałość Mechaniczna: Solidna struktura rdzenia oferuje mocne wsparcie, zmniejszając ryzyko uszkodzeń spowodowanych siłami zewnętrznymi lub zwarciami.
• Kompaktowa Konstrukcja: Struktura otaczająca rdzeń prowadzi do bardziej kompaktowego transformatora, idealnego do instalacji w ograniczonej przestrzeni.
• Lepsza Dystrybucja Ciepła: Rdzeń pomaga w rozprzestrzenianiu ciepła, poprawia chłodzenie i wydłuża żywotność transformatora.
•  Wyższa Wydajność dla Niskiej i Średniej Mocy: Szczególnie efektywny w zastosowaniach o niskiej i średniej mocy z powodu zmniejszonych strat energii.
• Lepsza Odporność na Zwarcia: Równomierne rozkładanie sił magnetycznych w konstrukcji obudowy zwiększa odporność na zwarcia, poprawiając tolerancję na awarie.

Czynniki wpływające na wybór typów nawinięć transformatorowych

Podczas projektowania transformatora elektrycznego do konkretnego zastosowania, bardzo ważne jest wybranie odpowiedniego typu uzwojenia transformatora. Wybór typów uzwojenia transformatora zależy od kilku zagadnień inżynieryjnych. Projektanci transformatorów oceniają takie czynniki jak gęstość prądu, napięcia robocze, siły mechaniczne, które są stosowane podczas każdego rodzaju zwarcia, wymagania dotyczące chłodzenia oraz koszty produkcji transformatora elektrycznego przed wyborem konkretnego układu uzwojenia.

Czynniki brane pod uwagę podczas tego wyboru typu uzwojenia transformatora obejmują:

• Napięcie znamionowe i wymagania dotyczące prądu transformatora elektrycznego.
• Ogólna pojemność transformatora.
• Wymagania dotyczące izolacji względem konkretnego zastosowania.
• Wydajność chłodzenia wymagana do spełnienia potrzeb transformatora.
• Zdolność transformatora do wytrzymywania zwarcia.
• Wytrzymałość mechaniczna różnych części transformatora.
• Transport wymagany względem specyficznej instalacji i innych ograniczeń instalacyjnych, w tym dostępnej powierzchni.

Wybór odpowiedniego uzwojenia w konstrukcji transformatora pomaga zapewnić długoterminową niezawodność, bezpieczeństwo i efektywność operacyjną konkretnego zastosowania.

Jako profesjonalny producent transformatorów elektrycznych MV i HV oraz globalny dostawca, firma Daelim Transformer dysponuje zespołem profesjonalnych i doświadczonych inżynierów, którzy spędzili dziesięciolecia na rekomendowaniu i projektowaniu optymalnych uzwojeń transformatorów wszelkiego rodzaju na podstawie wymagań projektu, warunków eksploatacji oraz innych specyfikacji związanych z systemem elektrycznym. Może to pomóc zapewnić wyższą efektywność i większą niezawodność operacji. Skontaktuj się z nami już dziś, aby uzyskać fachowe i dostosowane rozwiązania dla swoich wymagań dotyczących transformatorów elektrycznych.

Porównanie powszechnych typów nawinięć transformatorowych

Poniżej znajduje się krótka porównanie różnych typów uzwojeń transformatorowych, które pomoże Ci zrozumieć różne rodzaje uzwojeń transformatorów.

Wnioski

W skrócie, różne rodzaje uzwojeń transformatorowych służą specyficznym potrzebom operacyjnym, optymalizując wydajność, chłodzenie i wytrzymałość mechaniczną.

W transformatorach rdzeniowych często stosuje się uzwojenia helikalne i cylindryczne, aby radzić sobie z różnymi prądami i utrzymywać efektywne chłodzenie w zastosowaniach niskonapięciowych i średnionapięciowych, podczas gdy uzwojenia tarczowe wspierają transformatory o wysokiej pojemności z dodatkowymi walorami wytrzymałościowymi.

Transformatory typu powłokowego wykorzystują uzwojenia kanapkowe, w których uzwojenia pierwotne i wtórne są warstwowe, co redukuje straty energii i poprawia izolację.

Projekt ogranicza strumień magnetyczny, aby zminimalizować wycieki i zapewnić zwarta, solidną strukturę idealną do pracy w warunkach wysokiego stresu, co sprawia, że te transformatory są bardziej efektywne i niezawodne.

Najczęściej zadawane pytania

Ile typów nawinięć jest w transformatorze?

W transformatorach elektrycznych występuje siedem różnych typów nawinięcia, a mianowicie: nawinięcie helikalne, cylindryczne, dyskowe, ciągłe nawinięcie dyskowe, nawinięcie krzyżowe oraz nawinięcie kanapkowe.

Jaka jest formuła nawinięcia transformatora?

Wzór nawijania transformatora opiera się na związku między napięciem, prądem a liczbą zwojów w każdym uzwojeniu. Odpowiada to proporcjonalności między prądem pierwotnym a wtórnym, która jest bezpośrednio proporcjonalna do proporcjonalności między ilością zwojów wtórnych a pierwotnych, która z kolei jest bezpośrednio proporcjonalna do proporcjonalności między napięciem wtórnym a pierwotnym.

Czym jest transformator z dwoma nawinięciami?

Jest to inna nazwa transformatora z podwójnym uzwojeniem i jest najpowszechniejszą metodą nawijania w transformatorze elektrycznym, gdzie występują dwa wyraźne uzwojenia: pierwotne i wtórne.

Czym jest transformator z trzema nawinięciami?

Metoda trzykrotnego nawinięcia dodaje trzecie uzwojenie w sekcji nawijania transformatora po dwóch głównych uzwojeniach (pierwotnym i wtórnym). Nazywa się to również transformatorem z uzwojeniem trzeciorzędowym, co pozwala transformatorowi obsługiwać różne napięcia wyjściowe.