Högkvalitativ krafttransformator från Kina tillverkare med IEC-standarder

Vad är en transformator?

Transformator är en elektrisk anordning som använder principen om elektromagnetisk induktion för att ändra spänningen på växelström, vanligtvis bl.a.step-up och step-down transformatorer. I processen för uppsättning och nedsättning av spänning kommer transformatorerna att hålla sin frekvens oförändrad genom att variera varvförhållandet mellan primär- och sekundärlindningarna. Dess kärndriftmekanism är att när AC strömmar genom primärlindningen, skapar den ett varierande magnetfält i kärnan, vilket i sin tur inducerar en elektromotorisk kraft i sekundärlindningen, vilket möjliggör omvandlingen mellan spänning och ström: ökad spänning minskar strömmen, nedtrappning av spänningen ökar strömmen, och idealiskt sett förblir den totala effekten konstant. Denna egenskap gör det möjligt att avsevärt minska överföringsförlusterna vid långdistansleverans av kraft, samtidigt som det ger säkert anpassade spänningar för olika enheter vid användningsstället. Typiska applikationer sträcker sig från gigantiska transformatorer i transformatorstationer, distributionstransformatorer på elstolpar, till miniatyrtransformatorer inuti mobiltelefonladdare. Det är dock nödvändigt att särskilt notera deten transformator fungerar endast med växelström och kan inte omvandla likström.

Vad är arbetsprincipen för en transformator?

Arbetsprincipen för en transformator är baserad pålagen om elektromagnetisk induktion. När en växelström flyter genom primärlindningen skapar den ett alternerande magnetiskt flöde i kärnan. Detta alternerande flöde länkar samtidigt både primär- och sekundärlindningarna, vilket inducerar en elektromotorisk kraft (EMF) i varje lindning. Genom denna elektromagnetiska induktion överför transformatorn elektrisk energi och omvandlar spänningen, med endast magnetisk koppling mellan de två lindningarna och ingen direkt elektrisk anslutning.

Spänningstransformationsförhållandet är:

U1/U2 = N1/N2 = k

där U1, U2 är de primära och sekundära spänningarna, Nl, N2 är antalet varv i lindningarna och k är varvförhållandet. När sekundären har fler varv än primär, transformatornkliver uppspänning; när den har färre varv, denkliver nerspänning.

Konstruktion och nyckelkomponenter

En transformator består huvudsakligen av den aktiva delen som t.exkärna, lindningar, isolering och ledningar, tank, kylsystem, skyddsanordningar och bussningar. Kärnan och lindningarna som även kallas spolar är de viktigaste komponenterna.

1. Kärna (magnetkrets)

Kärnan tillhandahåller den magnetiska banan och är sammansatt av kärnben (vertikala sektioner på vilka lindningarna är monterade) och ok (horisontella sektioner som stänger den magnetiska banan). För att minska virvelströmsförluster och hysteresförluster byggs kärnan vanligtvis av stapladelaminat av silikonstål, var och en belagd med isolerande lack eller ett oxidskikt för att isolera dem från varandra. Kärnkonfigurationer är främstkärna-typ(lindningar omger kärnbenen, vanligt i krafttransformatorer) ochskal-typ(kärnan omger lindningarna, vilket resulterar i lågt läckageflöde och hög mekanisk hållfasthet, som ofta används i precisionsinstrument och små enheter).

2. Lindningar (elektrisk krets)

Lindningar är transformatorns elektriska krets, uppdelad iprimärlindning och sekundärlindning. De är gjorda av koppar- eller aluminiumtråd med höghållfast isolering. Lindningarna är vanligtvis anordnade koncentriskt (lågspänningslindning placerad bredvid kärnbenet, högspänningslindning lindad runt utsidan). När det gäller isolering använder moderna oljedoppade transformatorer mest enolje-papper barriär kompositisoleringssystembestående av pressboard, kabelpapper och transformatorolja. Tjockleken på pressskivan är vanligtvis 2-5 mm, vilket möjliggör tillförlitlig isolering för höga spänningsnivåer.

Ovanstående beskriver det elektromagnetiska kärnsystemet, och följande hjälpsystem är också mycket viktiga för oljenedsänkta transformatorer:

Tank:En extern behållare som används för att hålla järnkärnor, lindningar och fylla på transformatorolja. Transformatorer med stor kapacitet är vanligtvis utrustade med externa radiatorer eller kylrör för att förbättra värmeavledningen.

Transformatorolja:Det fungerar både som ett isolerande medium (med bättre isoleringsförmåga än luft) och ett kylmedium (värmen som genereras av transformatorns kärna och lindningen överförs till oljetankens vägg genom konvektion av olja). Enligt olika hällpunkter delas transformatorolja in i olika kvaliteter som t.ex10, 25 och 45att anpassa sig till olika klimatförhållanden.

Konservator (Oil Surge Tank):En horisontell bränsletank installerad ovanför huvudbränsletanken, ansluten med rör. Den separerar olja från luft genom ett membran. Baserat på egenskaperna hos olja som expanderar och drar ihop sig med temperaturförändringar, lagrar den olja vid högre temperaturer och tillför olja vid lägre temperaturer, vilket minskar kontakten mellan olja och luft och förhindrar fuktupptagning och åldrande.

Bussningar:Dra ut hög- och lågspänningsledningar från de isolerade terminalerna på transformatorhöljet; De ger elektrisk isolering och mekaniskt stöd.

Skyddsanordningar:Inklusive lindningskopplare med eller utan belastning, Bucher-reläer (gasreläer), explosionssäkra avgasportar (säkerhetsavgasportar), uttorkningsmasker (silikonandningsskydd), temperaturavkänningselement och relaterade instrument. Dessa enheter kan vanligtvis ge realtidsövervakning och omfattande skydd.

Typer av transformatorer

Transformatorer kan klassificeras i flera aspekter nedan:

1. Enligt ansökan

Krafttransformatorer:Krafttransformatorer används främst för spänningsomvandling och kraftöverföring/-distribution i kraftsystem, och står för över 80 % av alla transformatorer.

Distributionstransformatorer:Distributionstransformatorer avser vanligtvis transformatorer under 35 kV (främst 10 kV/0,4 kV) som direkt levererar ström till slutanvändare.

Specialtransformatorer:Inklusive testtransformatorer för spänningshållfasthetstestning, instrumenttransformatorer (inklusive spänningstransformatorer, strömtransformatorer för mätning och skydd), likriktartransformatorer för AC till DC, används för elektrolys, galvanisering, DC-drivning, ugnstransformatorer, gruvtransformatorer, etc.

2. Enligt kyl- och isoleringsmedium

Oljenedsänkta transformatorer:Den oljenedsänkta transformatorns järnkärna och lindningen är helt nedsänkt i mineralisolerande olja, som har utmärkt värmeavledning och isoleringsprestanda, hög effektivitet och relativt låg kostnad. Oljenedsänkta transformatorer används ofta i transformatorstationer utomhus och industriparker, men de kräver brand- och explosionsförebyggande åtgärder.

Transformatorer av torr typ:De torra transformatorerna järnkärna och lindning är inte nedsänkta i olja; De använder luft eller fasta isoleringsmaterial som epoxihartsgjutning. Transformatorer av torr typ är brandsäkra och läckagefria, lämpliga för inomhusplatser med strikta brandförebyggande bestämmelser, såsom höghus, datacenter, köpcentra och sjukhus.

Gasisolerade transformatorer:Gasisolerade transformatorer är relativt sällsynta på marknaden, och de använder vanligtvis syntetiska gaser som SF₆ som kyl- och isoleringsmedia, lämpliga för speciella driftsförhållanden.

3. Enligt antal lindningar

Tvålindad transformator:Tvålindade transformatorer är ganska vanliga i kraftsystem, som har en hög(medel)spänningslindning och en lågspänningslindning (en primärlindning och en sekundärlindning).

Tre-lindad transformator:En trelindad transformator har tre lindningar per fas, kopplade till olika spänningsnivåer (t.ex. högspänningssida, mellanspänningssida, lågspänningssida). Denna transformator används ofta i transformatorstationer som kräver flera spänningsnivåer.

4. Enligt kärna/lindningskonfiguration

Transformator av kärna:Lindningen av transformatorn av Core-typ omger benen på järnkärnan (järnkärnan omges av lindningen). Denna produkt har en enkel struktur, låg kostnad och används ofta i kraftsystem.

Transformator av skaltyp:Kärnan i en transformator av skaltyp omger lindningen (lindningen omger kärnan). Den har dessa egenskaper som lågt läckageflöde, hög mekanisk hållfasthet och kompakt storlek och används ofta i precisionsinstrument och liten utrustning.

5. Enligt antal faser

Enfastransformatorer som används för enfasbelastningar eller för att bilda trefasgrupper och trefastransformatorer.

6. Enligt spänningsregleringsmetod

Frånkopplad (off-load) lindningskopplare (kräver strömlös) och on-load lindningskopplare (automatisk spänningsreglering under belastning).

7. Enligt typ av elektrisk anslutning

Isoleringstransformator (isolering):Isolationstransformatorns primärlindning och sekundärlindning är elektriskt isolerade från varandra, endast genom magnetisk koppling. Denna typ av transformator har extremt hög säkerhet och används ofta i medicinsk utrustning och precisionsinstrument för att förhindra elektriska stötar och elektromagnetiska störningar.

Autotransformator:Primär och sekundär delar en del av lindningen, med både magnetisk koppling och direkt elektrisk anslutning. Kompakt, liten storlek, låga förluster, men ingen isolering mellan primär och sekundär. Används för motorstart och spänningsreglering (t.ex. laboratorievariac).

Hur klassificeras krafttransformatorer?

Nominell kapacitet (Sn, i kVA eller MVA):Den skenbara effekt en transformator kan leverera kontinuerligt vid märkspänning och ström. Det är den viktigaste parametern för att välja en transformator. Kinesiska kapacitetsgrader följer R10-serien och ökar med en faktor 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA, etc.). Ett rimligt kapacitetsval beräknar först den maximala kompositlasten, väljer sedan nästa högre kapacitet så att belastningsfaktorn är ca 60-70%, vilket säkerställer både långsiktig säker drift och ekonomi.

Märkspänning (kV):Primärspänningen matchar nätspänningen; sekundärspänningen är typiskt 5 % eller 10 % högre än lågsidans bussspänning (beroende på impedansspänning och kapacitet) för att kompensera för nätspänningsfallet och säkerställa slutanvändarens spänningskvalitet.

Kortslutningsimpedans (impedansspänning, Uk%):Den procentandel primärspänning som krävs för att cirkulera märkström genom sekundären när sekundären är kortsluten. Det är en kritisk egenskap som påverkar kortslutningsströmnivåer och spänningsreglering.

Obelastningsförlust (Po, kW):Den aktiva effekten som förbrukas från sekundärsidan av en transformator i ett öppet kretstillstånd vid märkfrekvens och märkspänning består huvudsakligen av kärnförluster (magnetiska förluster), som beror på tillverkningskvaliteten och egenskaperna hos kiselstålmaterialet. Om högpresterande kiselstål och tredimensionella lindade kärnor används kan tomgångsförlusterna reduceras avsevärt.

Lastförlust (Pk, kW):Den aktiva effekt som förbrukas när sekundären är kortsluten och märkström flyter i primären. Den består huvudsakligen av kopparförlust i lindningarna och är proportionell mot kvadraten på lastfaktorn.

Effektivitet (η):Utgående aktiv effekt dividerat med ingående aktiv effekt. Stora krafttransformatorer har mycket hög verkningsgrad; till exempel kan en 380 MVA/500 kV generator upptrappningstransformator uppnå η ≥ 99,75 %.

Vektorgrupp (t.ex. Dyn11, Yyn0):Indikerar anslutningsmetoden (Y -- stjärna, D -- delta, Z -- sicksack) för hög- och lågspänningslindningarna och deras fasförskjutning. Det påverkar systemets neutraljordningsmetod och nollsekvensströmväg.

Kylningsmetod:T.ex. ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF (Oil Natural Air Forced), OFWF (Oil Forced Water Forced). Koderna med fyra bokstäver anger kylmediet och cirkulationsmetoden (ON: naturlig cirkulation av olja; OF: forcerad oljecirkulation; OD: oljeriktad forcerad cirkulation; AN: naturlig luft; AF: lufttvingad; WF: forcerad vattencirkulation).

Hur väljer man lämpliga transformatorer?

När du väljer en lämplig transformator, förutom att bestämma märkkapacitet och spänningsnivåer, bör följande faktorer också beaktas:

Lastegenskaper:För typiska industri- och bostadsbelastningar använder vi i allmänhet vanliga dubbellindade krafttransformatorer. Om flera spänningsnivåer krävs, bör en trelindad transformator väljas och den nominella kapaciteten för varje lindning bör tilldelas rimligt. För platser med stränga brandsäkerhetskrav, såsom datacenter och höghus, bör transformatorer av torrtyp prioriteras.

Installationsmiljö:Oljenedsänkta transformatorer med brandsäkra mellanväggar är vanligtvis att föredra för transformatorstationer utomhus, medan transformatorer av torr typ bör föredras för inomhusmiljöer.

Kapacitetsgränser:I transformatorstationer inomhus bör den maximala kapaciteten för en enda oljenedsänkt transformator inte överstiga 1250 kVA; I prefabricerade transformatorstationer bör den maximala kapaciteten för oljenedsänkta transformatorer inte överstiga 630 kVA och kapaciteten för transformatorer av torr typ inte överstiga 800 kVA.

Krav för spänningsreglering:För miljöer med stora spänningsfluktuationer eller frekventa justeringar krävs transformatorer med lindningskopplare; För applikationer med stabil spänning kan en transformator med tomgångslindningskopplare användas.

Energieffektivitet och miljökrav:På grund av energisparpolitiken blir högeffektiva och energibesparande transformatorprodukter gradvis det vanliga valet. För närvarande ökar marknadsandelen för 3D-transformatorer av lindad järnkärna (med tomgångsförluster 15 %-25 % lägre än traditionella laminerade järnkärnor) och transformatorer av amorfa legeringar år för år.

Specialapplikationer:När spänningsreglering krävs bör en autotransformator väljas; Det är lämpligare att välja en isoleringstransformator när elsäkerhetskraven är högre.