Elektromechanik_724[05]_Z3.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Konstrukcja transformatorów

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Zasada działania transformatorów

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Transformatory małej mocy, transformatory do spawarek i zgrzewarek

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Uszkodzenia i naprawa transformatorów

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik, który Ci przekazujemy będzie, pomocny w przyswajaniu wiedzy o montażu

i wykonywaniu napraw transformatorów małej mocy, spawarek i zgrzewarek.

W Poradniku będziesz mógł znaleźć następujące informacje ogólne:

−

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł
rozpocząć pracę z poradnikiem,

−

cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia w ramach
tej jednostki modułowej,

−

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,

−

zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści,

−

ćwiczenia, zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń,

−

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich
wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej jednostki
modułowej,

−

literaturę związaną z programem jednostki modułowej, umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.
W poradniku został zamieszczony wybrany materiał nauczania, ćwiczenia z zakresu

montażu i wykonywania napraw transformatorów małej mocy, transformatorów do spawarek
i zgrzewarek, pytania sprawdzające.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania

nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

określać zjawiska elektromagnetyczne zachodzące w obwodach magnetycznych,

−

określać właściwości fizyczne i chemiczne materiałów stosowanych do budowy maszyn
elektrycznych,

−

opisywać zasadę działania transformatorów,

−

czytać schematy ideowe,

−

posługiwać się miernikami elektrycznymi,

−

dobierać do wykonywanych pomiarów rodzaj i zakres mierników,

−

korzystać z literatury i kart katalogowych transformatorów,

−

stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego
i przemiennego,

−

stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozpoznać różne rodzaje transformatorów, spawarek i zgrzewarek,

−

rozróżnić uzwojenia w różnych rodzajach transformatorów,

−

odczytać schematy spawarek i zgrzewarek,

−

skorzystać z danych umieszczonych na tabliczkach znamionowych transformatorów,

−

narysować schemat przeznaczonego do naprawy transformatora z dzielonym uzwojeniem
wtórnym,

−

dobrać narzędzia i materiały do prowadzonych prac,

−

sporządzić zestawienie materiałów i/lub podzespołów potrzebnych do naprawy
transformatora, spawarki lub zgrzewarki,

−

zorganizować stanowisko pracy,

−

przeprowadzić demontaż transformatora przeznaczonego do naprawy,

−

wykonać lub naprawić karkas uzwojenia transformatora małej mocy,

−

wykonać uzwojenia różnych typów transformatorów małej mocy,

−

połączyć końcówki uzwojeń z tabliczką zaciskową,

−

dokonać oględzin oraz przeglądów transformatorów,

−

przeprowadzić konserwację różnych typów transformatorów,

−

zlokalizować uszkodzenia w transformatorach na podstawie oględzin i pomiarów,

−

zlokalizować uszkodzenia w spawarkach i zgrzewarkach na podstawie oględzin
i pomiarów,

−

sprawdzić stan techniczny elementów i podzespołów przeznaczonych do montażu,

−

wykonać montaż podzespołów różnych typów transformatorów,

−

przeprowadzić

kontrolę

bieżącą

podczas

napraw

transformatorów,

spawarek

i zgrzewarek,

−

określić szacunkowo koszty naprawy transformatorów, spawarek i zgrzewarek,

−

sporządzić kosztorys wykonanej naprawy,

−

dobrać materiały i podzespoły korzystając z różnych źródeł informacji,

−

wykorzystać

technikę

komputerową

przy

prowadzeniu

dokumentacji

napraw

i przeglądów,

−

wykonać próby odbiorcze transformatorów, spawarek i zgrzewarek,

−

zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku
pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Konstrukcja transformatorów

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.1.1. Uwagi ogólne

Transformator jest urządzeniem elektrycznym, które umożliwia – za pośrednictwem pola

magnetycznego (rdzenia) – przetwarzanie wartości napięć i prądów przemiennych przy
zachowaniu niezmienionej częstotliwości.

Stroną pierwotną transformatora jest uzwojenie zasilane z sieci. Stroną wtórną

transformatora jest to uzwojenie, z którego czerpana jest energia elektryczna służąca do
zasilania odbiorników. Najczęściej spotyka się transformatory mające dwie strony: pierwotną i
wtórną, których parametry rozróżnia się stosując odpowiednio indeksy 1 i 2.

Oznaczenie stron

transformatora  jest  oznaczeniem  umownym;  przepływ  energii  elektrycznej  w  kierunku
przeciwnym – od strony wtórnej do pierwotnej – jest możliwy, pod warunkiem umiejscowienia
źródeł energii po stronie wtórnej transformatora. W praktycznym użyciu znajdują się również
transformatory  mające  więcej  niż  dwie  strony,  w  tym  również  transformatory  wielkiej  mocy
o trzech  „stronach”:  górnego,  średniego  i dolnego  napięcia.  Są one  stosowane  w  energetyce
i zwane transformatorami trójuzwojeniowymi.

Podobnie transformatory jednofazowe stosowane w urządzeniach elektronicznych mają na

ogół jedno uzwojenie zasilane z sieci (stronę pierwotną) i kilka uzwojeń (strony wtórnej),
umożliwiających zasilanie poszczególnych obwodów urządzenia elektronicznego różnymi
wartościami napięcia oraz oddzielenie galwaniczne tych obwodów.

Transformator jest więc urządzeniem pośredniczącym w przekazywaniu energii

elektrycznej.  Pod  względem  energetycznym  prawie  cała  moc  dostarczona  do  strony  zasilanej
zostaje  oddana  po  stronie  (stronach)  wtórnej,  tzn.  do  odbiorników.  Różnicę  między  energią
dostarczoną  a  oddaną  przez  transformator  stanowią  straty  energetyczne  transformatora
wydzielane w postaci ciepła w rdzeniu magnetycznym (straty w żelazie) i w uzwojeniach.

W stanie obciążenia znamionowego transformatora straty te są niewielkie i wynoszą od

ułamka do kilku procent mocy dostarczonej, przy czym sprawność – tj. stosunek mocy
oddanej do dostarczonej – zwiększa się wraz ze wzrostem mocy transformatora.

4.1.1.2. Zastosowanie transformatorów

–

zmiana parametrów energii elektrycznej, tj. obniżenie lub podwyższenie napięcia, prądu,
a także ewentualna zmiana liczby faz,

–

dopasowanie impedancji odbiornika do źródła zasilającego,

–

oddzielenie galwaniczne obwodów elektrycznych przy przekazywaniu energii elektrycznej,

–

tłumienie niektórych zakłóceń przenoszonych przez linie zasilające.

Dziedziny, w których stosuje się transformatory:

–

energetyka – do podwyższania napięcia przy przesyłaniu energii liniami wysokiego
napięcia, a następnie do obniżania i rozdziału w rejonie, gdzie są zlokalizowani odbiorcy,

–

pomiary wysokich napięć i dużych prądów przemiennych, przez transformowanie ich
wartości odpowiadających zakresom stosowanych przyrządów pomiarowych i wymogom
bezpieczeństwa pomiarowego,

–

nastawianie żądanych napięć (transformatory regulacyjne),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

zasilanie obiektów przemysłowych wymagających odpowiedniego dopasowania
parametrów energii elektrycznej (piece łukowe, prostowniki itp.),

–

układy elektroniczne i urządzenia automatyki – do oddzielenia galwanicznego obwodów
oraz dopasowania impedancji odbiornika do źródła.

4.1.1.3. Budowa transformatora dużej mocy

W transformatorze wyróżnia się trzy zasadnicze zespoły elementów:

–

obwód magnetyczny wykonany z ferromagnetyku, który stanowi drogę o dużej
przenikalności magnetycznej dla strumienia magnetycznego (rdzeń magnetyczny),

–

obwody elektryczne (uzwojenia), przez które płyną prądy obu stron transformatora,

–

układy izolacyjne, mające na celu izolację zwojów, cewek i stron transformatora.

Obwód magnetyczny transformatora

Obwód magnetyczny transformatora jest wykonany z odizolowanych od siebie blach

transformatorowych o grubości 0,05÷0,35 mm, przy czym najmniejsze grubości stosuje się do
transformatorów  wielkiej  częstotliwości.  W  transformatorach  największej  częstotliwości
obwód  magnetyczny  wykonany  jest  jako  powietrzny.  Celem  stosowania  blach  do  budowy
rdzenia  transformatora  jest  ograniczenie  prądów  wirowych  indukowanych  w  przekroju
prostopadłym do kierunku zmiennego w czasie wektora indukcji magnetycznej. Jeżeli przekrój
ten  jest  podzielony  na  cienkie  warstewki  odizolowane  wzajemnie,  to  prądy  wirowe  mogą
zamykać  się  jedynie  w  polu  pojedynczego  przekroju  poprzecznego  blachy.  Zmniejszenie
grubości blachy ogranicza możliwość powstawania prądów wirowych, a tym samym zmniejsza
straty mocy czynnej spowodowane prądami wirowymi.

Do wykonywania blach magnetycznych, służących do wyrobu rdzeni magnetycznych,

stosuje się materiały magnetycznie miękkie. Są to materiały niepodlegające trwałemu
namagnesowaniu, o wąskiej pętli histerezy i stosunkowo dobrej magnesowalności.

Blachy elektrotechniczne stosowane do wyrobu obwodów magnetycznych dzieli się na

gorącowalcowane i zimnowalcowane.

Stosowanie blach gorącowalcowanych ze względu na znacznie gorsze właściwości

magnetyczne stopniowo zostaje ograniczane. Natomiast blachy zimnowalcowane wykonuje się
jako niezorientowane (izotropowe) i zorientowane (anizotropowe), przy czym właściwości te
nadaje się blasze w procesie walcownia na zimno.

Blachy izotropowe mają jednakowe właściwości magnetyczne we wszystkich kierunkach

w płaszczyźnie  blachy  (stratność  i  przenikalność  magnetyczną)  i  są  stosowane  w  obwodach
magnetycznych,  w  których  kierunek  wektora  indukcji  ulega  zmianie.  Natomiast  blachy
anizotropowe charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami magnetycznymi dla kierunku
pola  magnetycznego  zgodnego  z  kierunkiem  walcowania  blachy,  natomiast  dla  innych
kierunków  właściwości  magnetyczne  blachy  znacznie  się  pogarszają  (najgorsze  właściwości
magnetyczne  występują  na  ogół  dla  kierunku  magnesowania  pod  kątem  54°  w stosunku  do
kierunku  walcowania  blachy).  Stosowanie  blach  anizotropowych  jest  korzystne  w  obwodach
magnetycznych, w których wektor indukcji magnetycznej ma stały kierunek.

Izolacja blach

Izolację blach magnetycznych wykonuje się przez dwustronne powlekanie lakierami

termoutwardzalnymi, natomiast blachy zimnowalcowane są pokrywane izolacją ceramiczną już
w procesie walcowania, a następnie mogą być dodatkowo dolakierowywane.

Do wykonywania rdzeni transformatorów (rys. 1) stosuje się anizotropowe blachy

zimnowalcowane. Poszczególne fragmenty obwodu magnetycznego wykrawa się tak,
aby kierunek strumienia magnetycznego pokrywał się z kierunkiem walcowania blachy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Transformator rdzeniowy (rys. 1a) charakteryzuje się tym, że na każdej kolumnie

transformatora  są  umieszczone  uzwojenia.  Natomiast  w  transformatorze  o  budowie
płaszczowej  obwodu  magnetycznego  (rys. 1b)  dwie  skrajne  kolumny  nie  mają  uzwojeń,
a stanowią  jedynie  zamknięcie  obwodu  magnetycznego. Rdzenie  zwijane  (rys. 1c), wykonane
ze  zwijanej  taśmy  ferromagnetycznej,  stosowane  są  w  transformatorach  pomiarowych
i wzmacniaczach magnetycznych.

Rys. 1. Obwody magnetyczne transformatorów [5]:

a) rdzeniowy, b) płaszczowy, c) zwijany,
1 – kolumna, 2 – jarzmo, 3,4 – uzwojenia, 5 – okno.

Sposoby składania rdzenia

Sposoby składania rdzenia magnetycznego pokazano na rys. 2. Wadą składania na styk

(rys. 2a)  jest  stosunkowo  duża szczelina powietrzna, która wpływa na zmniejszenie przewodności
magnetycznej  i  w  konsekwencji  powoduje  powiększenie  przepływu  magnetycznego  potrzebnego
do  uzyskania  założonej  wartości  indukcji  magnetycznej  w rdzeniu.  Wada ta jest w dużym stopniu
wyeliminowana  przy  konstrukcji  zaplatanej  rdzenia  (rys.  2b),  gdzie  szczelina  powietrzna
w sąsiadujących warstewkach blachy wypada w innym miejscu.

W rdzeniach transformatorowych wykonanych z blachy o właściwościach anizotropowych

stosowana jest konstrukcja zaplatana (rys. 2c) z blach ukosowanych. Taki kształt blach
powoduje, że na narożach kierunek strumienia magnetycznego nie ulega stopniowej zmianie,
lecz w każdej z blach zachowuje kierunek zgodny z kierunkiem walcowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 2. Sposoby składania rdzenia transformatora [5]:
a) na styk, b) zaplecenie prostokątne, c) zaplecenie ukośne.

Najlepsze wykorzystanie właściwości anizotropowych blachy magnetycznej uzyskuje się

w rdzeniach zwijanych, w których kierunek wektora indukcji magnetycznej jest zgodny
z kierunkiem jej najlepszych właściwości magnetycznych.

Przekrój poprzeczny kolumny transformatora bardzo małej mocy ma kształt kwadratowy,

natomiast  przy  większych  mocach  znamionowych  pakiety  wykonuje  się  z  blach  o  różnej
szerokości  tak,  aby  uzyskać  kształt  przekroju  kolumny  zbliżony  do  kołowego  (tzw. kolumna
schodkowa  lub  słup)  (rys.  3).  Kształt  taki pozwala na zmniejszenie długości średnich zwojów
uzwojeń

transformatora

dla

danego

przekroju

rdzenia

ferromagnetycznego.

W transformatorach dużej mocy między pakietami blach znajdują się wolne przestrzenie
(kanały), pozwalające na obieg czynnika chłodzącego, przez co unika się przegrzania
wewnętrznego rdzenia.

Rys. 3. Przekrój poprzeczny kolumny dużego transformatora [5].

Magnetostrykcja

W materiałach ferromagnetycznych występuje zjawisko magnetostrykcji, które polega na

zmianie  wymiarów  materiału  magnetycznego  pod  wpływem  pola  magnetycznego,  przy  czym
spotyka  się  materiały  o  dodatnim  lub  ujemnym  współczynniku  magnetostrykcji.  Przy
magnetostrykcji dodatniej pod wpływem pola magnetycznego ciało ferromagnetyczne wydłuża
się,  a  w  przypadku  magnetostrykcji  ujemnej  –  skraca.  W  transformatorze  jest  to  zjawisko
niekorzystne,  wpływające  na  powstanie  dźwięku  o  podwójnej  częstotliwości  w stosunku  do
częstotliwości  zmian strumienia magnetycznego, ponieważ wydłużenie magnetostrykcyjne jest
proporcjonalne  do  kwadratu  indukcji  magnetycznej.  Dlatego  też  pakiety  blach  tworzących
rdzeń  transformatora  muszą  być  w  odpowiednich  miejscach  silnie  ściągnięte  sworzniami  dla
zmniejszenia  amplitudy  drgań.  Korzystne  jest  także  stosowanie  materiałów  o  małym
współczynniku  magnetostrykcji,  w  pierwszej  jednak  kolejności  przy  doborze  materiału
magnetycznego  na  rdzeń  decydują  straty  mocy  czynnej  (stratność),  indukcja  nasycenia  oraz
przenikalność magnetyczna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaje budowy uzwojeń

Rodzaje budowy uzwojeń transformatora przedstawiono na rys. 4.

Rys. 4. Rodzaje budowy uzwojeń transformatora [5]:

a) cylindryczne, b) krążkowe.

Uzwojenia cylindryczne (rys. 4a) są umiejscowione koncentrycznie wokół kolumny

rdzenia, przy czym bliżej rdzenia umieszcza się uzwojenie niskiego napięcia. Pomiędzy
uzwojeniami obu stron transformatora, a także między rdzeniem a uzwojeniem wewnętrznym,
znajdują się kanały wentylacyjne (olejowe) spełniające również zadanie izolacyjne.

Uzwojenie krążkowe (rys. 4b) zbudowane jest z na przemian leżących cewek dolnego

i górnego napięcia. Cewki zewnętrzne w tym układzie należą do tej samej strony
transformatora (pierwotnej lub wtórnej) i mają o połowę mniejszą liczbę zwojów od
pozostałych cewek tej strony.

W budowie uzwojeń transformatora charakterystyczne jest występowanie na każdej

kolumnie transformatora liczby zwojów obu stron proporcjonalnej do całkowitej przekładni
zwojowej. Chodzi tu o zrównoważenie przepływów obu stron transformatora na jak
najmniejszej przestrzeni i zmniejszenie przez to strumieni rozproszenia.

Pod względem zastosowanego czynnika chłodzącego i izolacyjnego transformatory

dzielimy na olejowe i suche.

W transformatorach olejowych rdzeń wraz z uzwojeniami umieszczony jest w kadzi

wypełnionej  olejem  transformatorowym.  Olej  wypełnia  całą  kadź  oraz  kanały  chłodzące
w rdzeniu  i między  uzwojeniami,  spełniając  rolę  czynnika  chłodzącego  i  izolacyjnego.
Pod wpływem nagrzania i zmiany masy właściwej olej ulega ruchowi konwekcyjnemu w górę,
a następnie  wzdłuż  ścianek  kadzi  lub  wewnątrz  rurek  chłodzących,  wychodzących  na
zewnątrz, opada w kierunku dna w miarę zmniejszania się temperatury.

W transformatorach niewielkiej mocy wystarcza chłodzenie naturalne oleju, które jest

zintensyfikowane zwiększeniem powierzchni zewnętrznej kadzi (użebrowanie, rurki chłodzące,
radiatory itp.).

W transformatorach dużej mocy stosuje się chłodzenie olejowe ze sztucznym

przewietrzaniem, przez zastosowanie wentylatorów powietrznych zwiększających – przez ruch
powietrza  –  odbieranie  ciepła  od  kadzi,  a  także  chłodzenie  ze  sztucznym  zewnętrznym
obiegiem  oleju  i wymuszonym  chłodzeniem  powietrznym.  W  transformatorach  największych
mocy,  współpracujących  w  elektrowniach  z  blokami  energetycznymi,  stosuje  się  chłodzenie
wodno-olejowe, przy którym olej jest przetłaczany przez znajdującą się na zewnątrz chłodnicę
wodną.

Transformatory suche chłodzone są powietrzem w ruchu naturalnym lub też wymuszonym

przez wentylatory.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.1.4. Budowa transformatorów małej mocy

Transformatory małej mocy są to transformatory o mocach do 16 kVA.
Rdzenie transformatorów małej mocy wykonuje się z materiałów magnetycznie miękkich,

które można podzielić na trzy podstawowe grupy:
–

blachy żelazokrzemowe walcowane na zimno i na gorąco,

–

blachy ze stopów żelazoniklowych lub żelazokobaltowych,

–

ferryty – najczęściej manganowo-cynkowe i niklowo-cynkowe.
Blachy i taśmy są produkowane o grubości od 0,1 do 0,35 mm. Ferryty (spieki

niemetaliczne) są stosowane do budowy rdzeni transformatorów pracujących w szerokim
zakresie częstotliwości.

Kształty rdzenia transformatorów małej mocy:

–

kwadratowy lub prostokątny – rdzenie kształtkowe,

–

zbliżony do prostokąta – rdzenie zwijane,

–

okrągły – rdzenie ferrytowe.

Rys. 5. Kształtki rdzeniowe [2]:

a) typu UI i EI b) typu M,
c) typu 2F, d) typu EE.

Blachy

Blachy, z których składa się rdzenie, są dwustronnie izolowane przez pokrycie warstwą

tlenków lub lakierów izolacyjnych. Po złożeniu rdzenia nakłada się na niego obejmę, która ma
na celu wzmocnienie konstrukcyjne transformatora.

Składanie rdzeni z blach pozwala ograniczyć straty cieplne pochodzące od prądów

wirowych.

Rdzenie zwijane

Rdzenie zwijane (cięte rdzenie taśmowe) (rys. 6) uzyskuje się, zwijając taśmę

magnetyczną.  Rdzenie  te  zwija  się  na  odpowiednich  szablonach,  następnie  wyżarza  i  klei,
a wreszcie  przecina.  Otrzymane  dwie  połówki  rdzenia  umożliwiają  oddzielne  nawijanie
uzwojeń  na  korpusach,  do  których  jest  następnie  wkładany  rdzeń  i  ściskany  przez  obejmę
i obudowę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 6. Transformator o rdzeniu zwijanym (taśmowym) [2]:

a) widok, b) cięte rdzenie taśmowe.

Rdzenie toroidalne

Transformatory o rdzeniach toroidalnych (zwijanych) nie mają szczeliny, a więc

rozproszenie jest bardzo małe, dzięki czemu straty są ograniczone do minimum.
W transformatorach tego typu uzwojenie jest nawijane bezpośrednio na rdzeń, co wiąże się
z trudnościami przy uzwajaniu.

Rys. 7. Transformator o rdzeniu pierścieniowym (toroidalnym) [2].

Uzwojenia

Uzwojenia transformatorów małej mocy wykonuje się z okrągłego w przekroju drutu

miedzianego (rzadziej z aluminiowego). Izolacją drutu jest najczęściej emalia lub żywice
syntetyczne: poliestrowe i epoksydowe. W przypadku, gdy są wymagane małe straty
w uzwojeniach, używane są druty nawojowe w izolacji: emalia-jedwab.

Uzwojenia wykonuje się na nawijarkach, przez nawijanie drutu na tzw. korpus (karkas).

Korpusy są wykonywane z papieru bakelizowanego, tkaniny bakelizowanej (korpusy składane)
albo z tworzyw termoutwardzalnych lub termoplastycznych (korpusy prasowane).

Każdą warstwę uzwojenia izoluje się (izolacja międzywarstwowa) najczęściej papierem

kondensatorowym, często nasyconym impregnatem, lub ceratką izolacyjną.

Uzwojenie dolne i górne przedziela się warstwą izolacji (izolacja międzyuzwojeniowa), na

którą stosuje się:
–

papier nasycany,

–

ceratkę,

–

tkaninę bakelizowaną,

–

tkaninę szklaną.

4.1.1.5. Tabliczka znamionowa

Zgodnie z PN-E-06040:1983 na tabliczce znamionowej transformatora powinny

znajdować się następujące dane:
–

nazwa lub znak wytwórni,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

typ transformatora wg oznaczeń wytwórcy,

–

moc znamionowa (moc pozorna w VA lub kVA),

–

kategorię klimatyczną.
Dla transformatorów dużej mocy podawane są jeszcze:

–

rok produkcji,

–

numer fabryczny transformatora,

–

przepisy (numer normy) wg których transformator został wykonany,

–

dopuszczalną temperaturę otoczenia (zamiast kategorii klimatycznej),

–

napięcia znamionowe,

–

liczba faz,

–

napięcie zwarcia,

–

prądy znamionowe,

–

częstotliwość,

–

straty w stali (jałowe),

–

straty w miedzi przy obciążeniu znamionowym (obciążeniowe),

–

stopień ochrony,

–

rodzaj chłodzenia,

–

klasa izolacji,

–

masa całkowita,

–

grupa połączeń dla transformatorów wielofazowych.

Rys. 8. Tabliczka znamionowa transformatora [2].

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Z jakich podstawowych elementów składa się każdy transformator?
2.  Z jakich materiałów wykonuje się uzwojenia transformatora?
3.  Dlaczego rdzenie transformatorów wykonuje się z blach?
4.  Kiedy i dlaczego stosuje się schodkowe przekroje kolumn transformatorów?
5.  Jak rozwiązuje się problem chłodzenia dużych transformatorów?
6.  Jaka jest różnica między konstrukcją rdzenia transformatora dużej i małej mocy?
7.  Jaka jest różnica między konstrukcją uzwojenia transformatora dużej i małej mocy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Co oznaczają następujące określenia: słup, kolumna, jarzmo, okno rdzenia, karkas, rdzeń

kształtkowy, rdzeń zwijany, kadź, kształtka EI, kształtka M, transformator rdzeniowy,
transformator płaszczowy?

9. Jakie wielkości podaje się na tabliczce znamionowej transformatora?

10. Co to są parametry znamionowe transformatora?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj rodzaj otrzymanego transformatora i objaśnij jego budowę.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z budową transformatora,
2)  spisać z katalogu dane znamionowe,
3)  określić stronę pierwotną i wtórną transformatora,
4)  określić możliwe zastosowania transformatora,
5)  przedstawić znamionowe parametry transformatora,
6)  dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

transformatory,

−

katalogi transformatorów,

−

kalkulator,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Oblicz podstawowe parametry transformatora na podstawie tabliczki znamionowej

otrzymanego transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić rodzaj transformatora otrzymanego do wykonania ćwiczenia,
2)  zapoznać się z budową transformatora,
3)  spisać z tabliczki znamionowej dane znamionowe transformatora,
4)  obliczyć podstawowe parametry transformatora,
5)  przedstawić znamionowe parametry transformatora,
6)  dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

transformatory,

−

katalogi transformatorów,

−

kalkulator,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Scharakteryzuj konstrukcje rdzeni i uzwojeń transformatorów otrzymanych do ćwiczenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z budową transformatorów z otrzymanego zestawu różnych

transformatorów,

2)  określić rodzaj kształtki rdzeniowej każdego transformatora,
3)  określić sposób składania pakietu blach rdzeni otrzymanych transformatorów,
4)  wskazać sposoby skręcania pakietu blach rdzeni,
5)  określić sposób wykonania uzwojeń i ich umieszczenia na rdzeniu,
6)  określić  możliwe  zastosowania  transformatora  o  różnych  wykonaniach  kształtek

rdzeniowych,

7) dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zestaw transformatorów o różnej konstrukcji rdzenia,

−

katalogi transformatorów,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) sklasyfikować transformatory ze względu na rodzaj napięcia zasilania?



2) uzasadnić stosowanie blach do budowy rdzenia transformatorów?



3) wskazać różnicę między konstrukcją uzwojenia transformatora dużej

i małej mocy?



4) zdefiniować określenia: słup, kolumna, jarzmo, okno rdzenia, karkas,

korpus, rdzeń kształtkowy, rdzeń zwijany, kadź, kształtka EI, kształtka M,
transformator rdzeniowy, transformator płaszczowy?



5) przedstawić sposoby składania rdzenia transformatora z różnych

kształtek?



6) przedstawić sposoby umieszczenia uzwojeń na rdzeniu?



7) wskazać zastosowanie transformatorów o różnej konstrukcji?



8) obliczyć podstawowe parametry transformatora na podstawie tabliczki

znamionowej?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Zasada działania transformatorów

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.1.1. Podstawowe określenia

Transformator wykorzystuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Uzwojenia obu stron

transformatora są sprzężone magnetycznie, przy czym – dzięki istnieniu obwodu
ferromagnetycznego – prawie cały strumień magnetyczny jest sprzęgnięty z obydwoma
stronami transformatora.

Strumieniem głównym

Φ nazywa się strumień magnetyczny sprzężony z uzwojeniami obu

stron transformatora, zaś strumieniami rozproszenia

(inne spotykane w literaturze

oznaczenie strumieni rozproszenia:

) nazywa się strumienie magnetyczne sprzężone

tylko ze zwojami uzwojenia jednej strony transformatora.

Rys. 9. Transformator jednofazowy dwuuzwojeniowy – zasada działania [5]

Dla transformatora obowiązują następujące oznaczenia:

– liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,

– liczba zwojów uzwojenia wtórnego,

– napięcie pierwotne (zasilające),

– napięcie wtórne,

– prąd strony pierwotnej,

– prąd strony wtórnej,

= 4,44N

fФ

– wartość skuteczna siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu

pierwotnym,

= 4,44N

fФ

– wartość skuteczna siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu

wtórnym,

– przekładnia zwojowa (inne spotykane w literaturze oznaczenie przekładni: υ

– przekładnia napięciowa,

– przekładnia prądowa.

Zależności między różnymi przekładniami:

≈

W przypadku transformatora o przekładni napięciowej różnej od jedności (n

≠ 1) może

zachodzić sytuacja: U

< U

lub U

< U

. Napięcie o wyższej wartości nazywa się napięciem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

górnym (U

) a napięcie o wartości niższej – napięciem dolnym (U

). Napięcie pierwotne może

być napięciem górnym lub dolnym. To samo dotyczy napięcia wtórnego, które może być
napięciem dolnym lub górnym.

Jeżeli:

–

> U

, to taki transformator jest transformatorem obniżającym,

–

> U

, to taki transformator jest transformatorem podwyższającym,

–

= U

, to taki transformator jest transformatorem separacyjnym.

Zgodnie z normą

PN-E-06040:1983

przekładnia transformatora jest to stosunek napięcia

górnego do napięcia dolnego, mierzonych na zaciskach transformatora będącego w stanie
jałowym.
Ф

−

strumień główny skojarzony z uzwojeniami N

i N

– strumień rozproszenia skojarzony z uzwojeniem N

Prawie cała moc dostarczona do strony pierwotnej jest oddawana przez stronę wtórną.

Niewielka różnica między tymi mocami pokrywa straty mocy czynnej w transformatorze
i pobieraną moc bierną indukcyjną potrzebną do wytworzenia pola magnetycznego.

Stosunek mocy czynnej oddawanej przez stronę wtórną P

do moczy czynnej pobieranej

przez transformator P

nazywa się sprawnością transformatora:

lub

100

4.2.1.2. Stan jałowy transformatora

Stanem jałowym transformatora nazywamy taki stan, w którym strona pierwotna zasilana

jest napięciem znamionowym a strona wtórna nie jest obciążona.

W stanie jałowym transformator pobiera niewielki prąd stanu jałowego I

, równy

(0,03÷0,1)I

przy bardzo małym współczynniku mocy cosФ

. Moc czynna P

pobierana z sieci

w  tym  stanie  prawie  w całości  pokrywa  straty  mocy  w  rdzeniu,  ponieważ  straty  mocy
w uzwojeniu  zasilanym  spowodowane  przepływem  prądu  jałowego  są  znikomo  małe.  Także
strumień  rozproszenia  strony  pierwotnej  wywołany  prądem  I

, ze względu na małą wartość

tego prądu, jest znikomo mały, tak że dla stanu jałowego z dużą dokładnością można napisać

= E

= 4,44N

fФ

= E

= 4,44N

fФ

(1)

W równaniach (1) E

i E

oznaczają siły elektromotoryczne indukowane tylko przez

strumień główny

Φ sprzężony z obydwoma uzwojeniami.

Dzieląc równania (1) stronami otrzymamy związek

(2)

W stanie jałowym stosunek napięć strony pierwotnej do wtórnej odpowiada z dużą

dokładnością przekładni zwojowej transformatora. Pomiar tych napięć stanowi jeden
ze sposobów wyznaczania przekładni transformatora, a błędy, którymi są obarczone wyniki, są
spowodowane błędami użytych przyrządów pomiarowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.1.3. Stan zwarcia transformatora

Stanem zwarcia transformatora nazywamy taki stan, w którym jedno z uzwojeń jest

zasilane (np. uzwojenie pierwotne), a drugie jest zwarte przez bardzo małą impedancję,
praktycznie równą zero.

Rodzaje zwarć:

–

awaryjne – występujące w praktyce (np. zwarcie na szynach po stronie wtórnej),

–

pomiarowe – realizowane w laboratorium, w celu określenia parametrów zwarcia
transformatora (na ogół pomiary te wykonuje się przy odpowiednio obniżonym napięciu).
Prąd zwarcia przy znamionowym napięciu zasilania jest bardzo duży i w stanie ustalonym

jest (10÷20) -krotnie większy od prądu znamionowego.

Stan ten przy zasilaniu napięciem znamionowym jest niebezpieczny dla transformatorów,

gdyż:
–

siły dynamiczne działające na uzwojenia są bardzo duże (proporcjonalne do kwadratu
prądów) i powodują ich uszkodzenie,

–

całkowita  moc  pobrana  z  sieci  w  tym  stanie  wydziela  się  w  postaci  ciepła,  co powoduje
szybki  wzrost  temperatury  uzwojeń  (straty  w  uzwojeniach)  i  ich  uszkodzenie  wskutek
przegrzania.
Całkowita  moc  pobrana  przez  transformator  w  stanie  zwarcia  jest  równa  stratom  mocy

w uzwojeniach (P

∆

). Prąd zwarcia transformatora jest ograniczony przez rezystancje

uzwojeń obu stron transformatora R

oraz reaktancje rozproszeń X

Charakterystyki zwarcia wyznacza się przy obniżonym napięciu zasilania. Zewrzeć należy

uzwojenie dolnego napięcia, a zasilić uzwojenie górnego napięcia i wykonać pomiary napięcia
U

(rys. 10), prądu pobieranego przez uzwojenie zasilane I

i mocy P

przy zmianie napięcia od

wartości równej zero do wartości powodującej przepływ prądu około 1,2I

Rys. 10. Transformator w stanie zwarcia [5]:

a) schemat pomiarowy, b) charakterystyki zwarcia.

Wartość napięcia zasilania, przy której w uzwojeniu strony zasilanej transformatora płynie

prąd znamionowy I

, nazywa się napięciem zwarcia transformatora. Napięcie zwarcia

w postaci wartości procentowej napięcia znamionowego podaje się na tabliczce znamionowej:

100

⋅

(dla I

= I

)

(3)

Napięcia zwarcia transformatorów energetycznych są znormalizowane i wynoszą 4,5%

przy napięciu znamionowym strony górnego napięcia do 30 kV, a powyżej tego napięcia
6% i 10,5%. Dla transformatorów małej mocy napięcie zwarcia jest wyższe, a największe dla
transformatorów spawalniczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Moc zwarcia P

pobierana w tym stanie praktycznie w całości pokrywa straty mocy

w uzwojeniach, co pozwala na obliczenie rezystancji zwarcia transformatora

(dla U = U

)

(4)

Impedancja zwarcia transformatora Z

jest stosunkiem napięcia zasilania w stanie zwarcia

do prądu pobieranego przez uzwojenie zasilane. Impedancja ta wraz ze wzrostem napięcia
i prądu zwarcia praktycznie się nie zmienia ze względu na to, że strumienie rozproszenia
w dużej części swej drogi zamykają się przez powietrze, a rdzeń praktycznie się nie nasyca.

Znając rezystancję i impedancję zwarcia wyznacza się reaktancję zwarcia:

−

(5)

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Do czego służy transformator?
2.  Co to jest przekładnia znamionowa transformatora?
3.  Jaki jest związek przekładni napięciowej z przekładnią zwojową?
4.  Jaki stan pracy nazywamy stanem jałowym transformatora?
5.  Czym charakteryzuje się stan jałowy transformatora?
6.  Czym charakteryzuje się stan obciążenia transformatora?
7.  Jaki jest związek przekładni prądowej z przekładnią zwojową?
8.  Dlaczego  prąd  stanu  jałowego  jest  mniejszy  od  prądu  znamionowego  transformatora

obciążonego?

9. Na czym polega zwarcie awaryjne transformatora?

10.  Co to jest zwarcie pomiarowe transformatora?
11.  Co nazywamy napięciem zwarcia transformatora?
12.  Wyjaśnij,  co  oznaczają  pojęcia:  napięcie  dolne,  prąd  pierwotny,  prąd  wtórny,

transformator obniżający, liczba zwojów uzwojenia górnego.

13.  Co to jest przekładnia transformatora wg PN-83/E-06040?
14.  Co to znaczy: transformator podwyższający?
15.  Jakie są parametry znamionowe transformatora?
16.  Dlaczego jako moc znamionową transformatora podaje się moc pozorną?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz:

–

przekładnię znamionową,

–

znamionowy prąd pierwotny i wtórny,

–

napięcie zwarcia transformatora,

–

liczbę zwojów strony pierwotnej, jeżeli liczba zwojów strony wtórnej wynosi 110.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dla transformatora o danych:

= 230 V,

= 24 V,

= 200 VA,

= 4 %.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wykorzystać wzory na:

–

przekładnię transformatora jednofazowego,

–

moc znamionową,

–

napięcie zwarcia.

2)  zastosować program komputerowy do wykonania obliczeń,
3)  przedstawić wyniki obliczeń,
4)  dokonać analizy przeprowadzonych obliczeń.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko komputerowe z niezbędnym oprogramowaniem,

−

zeszyt do ćwiczeń, długopis.

Ćwiczenie 2

Przeprowadź próbę stanu jałowego transformatora jednofazowego w układzie jak na

rysunku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z danymi znamionowymi badanego transformatora wskazanego przez

nauczyciela,

2)  dobrać przyrządy pomiarowe do wykonania ćwiczenia,
3)  połączyć układ według załączonego schematu,
4)  wykonać pomiary dla kilku wartości napięć w granicach napięcia znamionowego,
5)  zastosować program komputerowy do wykonania obliczeń,
6)  wykonać obliczenia następujących parametrów:

–

przekładnię:

gdzie U

i U

napięcia strony pierwotnej i wtórnej wstanie jałowym,

–

straty w rdzeniu:

≈

−

gdzie P

– moc w stanie jałowym, odczytana z watomierza,

–

współczynnik mocy w stanie jałowym:

cos

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7) wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli:

ΔP

cosφ

Lp.

[V]

[W]

–

8) zastosować zasady bhp podczas pomiarów,
9) dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

jednofazowy transformator do badań,

−

autotransformator,

−

woltomierze,

−

amperomierz,

−

watomierz,

−

stanowisko komputerowe z niezbędnym oprogramowaniem,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 3

Wykonaj próbę stanu zwarcia transformatora jednofazowego w układzie jak na rysunku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi znamionowymi badanego transformatora,
2)  dobrać przyrządy pomiarowe do wykonania ćwiczenia,
3)  połączyć układ według załączonego schematu,
4)  autotransformatorem ustawić taką wartość napięcia, aby popłynął prąd znamionowy,
5)  wykonać pomiary mocy, prądu i napięcia,
6)  zastosować program komputerowy do wykonania obliczeń,
7)  obliczyć napięcie zwarcia,
8)  obliczyć procentowe napięcie zwarcia i porównać wynik z danymi katalogowymi,
9)  określić straty mocy w uzwojeniach,

10) zastosować zasady bhp podczas pomiarów,
11) dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

jednofazowy transformator do badań,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

autotransformator,

−

woltomierz i amperomierz,

−

watomierz,

−

stanowisko komputerowe z niezbędnym oprogramowaniem,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 4

Przeprowadź badanie transformatora jednofazowego w stanie obciążenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi znamionowymi transformatora,
2)  zaproponować układ pomiarowy,
3)  skompletować aparaturę pomiarową,
4)  połączyć układ pomiarowy,
5)  rezystorem  R

obc

nastawiać wartość prądu I

w zakresie (0,2÷1,2)I

, przy czym I

oznacza prąd znamionowy strony wtórnej,

6) zanotować w tabeli wskazania przyrządów,
7) utrzymywać w czasie pomiarów stałą wartość napięcia pierwotnego, równą wartości

znamionowej napięcia strony pierwotnej U

= ...........V, U

= .........V, I

= ........A, I

= ........A

[A]

[V]

[A]

[W]

–

8) zastosować program komputerowy do uzyskania na podstawie przeprowadzonych

pomiarów charakterystyki U

= f(I

) i η = f(I

9) wykreślić na podstawie uzyskanych wyników charakterystyki U

= f(I

) i η = f(I

10) zachować bezpieczeństwo i porządek na stanowisku pracy,
11) dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

badany transformator,

−

amperomierze,

−

woltomierze,

−

watomierze,

−

autotransformator,

−

rezystor laboratoryjny,

−

transformator jednofazowy obniżający,

−

stanowisko komputerowe z niezbędnym oprogramowaniem,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 5

Przeprowadź badanie transformatora jednofazowego w stanie obciążenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przypomnieć sobie zasady pomiaru małych rezystancji metodą techniczną i metodą

mostkową,

2)  zaproponować metodę pomiaru rezystancji uzwojeń,
3)  dobrać przyrządy pomiarowe do wykonania ćwiczenia,
4)  wykonać pomiary rezystancji uzwojenia GN i DN wybraną metodą pomiarową,
5)  opracować wyniki pomiarów,
6)  zastosować zasady bhp podczas pomiarów,
7)  dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

transformator jednofazowy,

−

autotransformator,

−

woltomierz i amperomierz do metody technicznej,

−

mostki fabryczne do pomiaru rezystancji,

−

watomierz,

−

kalkulator,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) odczytać parametry transformatorów umieszczone na tabliczkach

znamionowych?



2) odczytać parametry transformatorów umieszczone w katalogach?



3) obliczyć podstawowe parametry różnych transformatorów wykorzystując

zależności między nimi?



4) zmierzyć straty mocy w rdzeniu transformatora?



5) zmierzyć straty mocy w uzwojeniach transformatora?



6) wyznaczyć napięcie zwarcia w transformatorze?



7) zmierzyć rezystancje uzwojeń transformatora?



8) wyznaczyć podstawowe charakterystyki transformatora w stanie jałowym,

zwarcia i obciążenia?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Transformatory małej mocy, transformatory do spawarek

i zgrzewarek

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.1.1. Transformatory małej mocy

Transformatory prostownikowe
Konstrukcja transformatora zależy od układu prostownika w jakiej pracuje transformator.

Wynika to z różnych właściwości tych prostowników.

Układy prostowników:

–

prostowniki jednopołówkowe,

–

prostowniki dwupołówkowe dwudiodowe,

–

prostowniki dwupołówkowe czterodiodowe (mostkowe).
W prostowniku jednopołówkowym jednofazowym z obciążeniem rezystancyjnym dioda D

włączona w szereg z rezystorem R

(rys. 11) przewodzi prąd tylko wtedy, gdy napięcie na niej

jest  dodatnie.  W  ujemnej połówce zasilającego napięcia dioda D nie przewodzi, a tym samym
z transformatora  nie  jest  pobierany  prąd.  Tak  więc  przez  uzwojenie  wtórne  płynie  prąd  tylko
w czasie  połowy  każdego  okresu  i  to  zawsze  w  jednym  kierunku.  Oznacza  to,  że  przez
uzwojenie  przepływa  składowa  stała  I

prądu. Powoduje ona magnesowanie rdzenia

transformatora, czyli przesunięcie jego punktu pracy do zakresu o małej przenikalności
i dużym prądzie magnesowania. Wiąże się z tym konieczność użycia transformatora
o większych rozmiarach niż wynika to z mocy wydzielanej w obciążeniu.

Rys. 11. Prostownik jednofazowy jednopołówkowy z obciążeniem rezystancyjnym [1]:

a) schemat, b) przebiegi napięć i prądu w układzie.

I. Prostowniki dwupołówkowe dwudiodowe

Schemat takiego prostownika przedstawiony jest na rys. 12.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 12. Schemat prostownika dwupołówkowego dwudiodowego
z obciążeniem rezystancyjnym oraz przebiegi napięć i prądów
[1].

W układzie tego prostownika, w czasie dodatniej połówki napięcia wejściowego U

prąd

płynie przez górną część uzwojenia transformatora, diodę D1 i obciążenie R

. W czasie

ujemnej połówki napięcia prąd płynie przez D2 i obciążenie R

(rys. 13a). Każde z uzwojeń

wtórnych  pracuje  jak  uzwojenie  w  prostowniku  jednopołówkowym,  rdzeń  nie  jest  jednak
podmagnesowany  i  jest  lepiej  wykorzystany  niż  w  prostowniku  jednopołówkowym.
Konstrukcja  transformatora  jest jednak bardziej skompilowana – uzwojenie wtórne musi mieć
wyprowadzony środek.

II. Prostowniki dwupołówkowe czterodiodowe (mostkowe)

Rys. 13. Prostownik dwupołówkowego z wyprowadzonym środkiem uzwojenia

wtórnego transformatora z obciążeniem rezystancyjnym [1]:
a) schemat, b) przebiegi napięć i prądów.

W prostowniku tym transformator ma tylko dwa uzwojenia, nie występuje przesunięcie

jego punktu pracy do zakresu o małej przenikalności, a jego rozmiary wynikają z mocy
wydzielanej w obciążeniu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

II. Transformatory stosowane w układach elektronicznych i automatyki

Transformatory stosowane w układach elektronicznych i urządzeniach sterowania

automatycznego często pracują przy częstotliwość innej niż 50 lub 60 Hz napięcia zasilania.
W zależności od roli, jaką transformator spełnia w układzie, częstotliwość może być różna:
od kilkudziesięciu do setek tysięcy herców.

Przy dużej częstotliwości konieczne jest uwzględnianie pojemności między zwojami,

warstwami i cewkami uzwojeń. Na właściwości transformatora wpływ mają również
pojemności uzwojeń w stosunku do rdzenia, które jednak – przez odpowiednią budowę lub też
uziemienie uzwojeń – mogą być wyeliminowane.

Schemat zastępczy transformatora uwzględniający pojemności występujące w obrębie

pojedynczego  uzwojenia  (międzyzwojowe,  warstwowe,  cewkowe)  pokazany  jest  na  rys. 14.
W zależności od zakresu częstotliwości, przy której pracuje dany transformator, schemat może
być  uproszczony,  uwzględniając  jedynie  istotne  elementy.  Przy  częstotliwościach  małych
można  pominąć  reaktancję  rozproszenia  uzwojeń,  pojemności  międzyzwojowe  i  straty
w rdzeniu  (rys. 15a).  W  środkowym  zakresie  częstotliwości  (ze  względu  na  rezonans
równoległy) można pominąć reaktancję główną i pojemność (rys. 15b).

Przy dużej częstotliwości można pominąć reaktancję główną i straty w rdzeniu

(ze względu na małą wartość indukcji w rdzeniu i dużą częstotliwość – rys. 15c), bowiem
w gałęzi poprzecznej dominującą wielkością jest prąd pojemnościowy I

Rys. 14. Schemat zastępczy transformatora pracującego w szerokim zakresie częstotliwości [8]

Rys. 15. Uproszczone schematy zastępcze transformatora pracującego przy [8]:

a) małych, b) średnich, c) wielkich częstotliwościach zasilania

Oznaczenia występujące na rysunkach 14 i 15:

, X

– rezystancja i reaktancja uzwojenia pierwotnego,

’, X

’ – rezystancja i reaktancja uzwojenia wtórnego sprowadzone (odniesione) do strony pierwotnej:

’ = n

∙R

, X

= n

∙X

– reaktancja magnesowania rdzenia transformatora (jest to umowny element zastępczy)

odpowiedzialna za straty bierne w rdzeniu,

– rezystancja, na której powstają straty czynne w rdzeniu transformatora (jest to umowny element

zastępczy, nie reprezentuje żadnego rzeczywistego rezystora),

– reaktancja pojemnościowa wynikająca z istnienia pojemności międzyzwojowej,

– napięcie zasilania transformatora,

’ – napięcie występujące na zaciskach strony wtórnej sprowadzone (odniesione) do strony

pierwotnej:

’= n∙U

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Transformatory

pracujące

szerokim

zakresie

częstotliwości

wprowadzają

zniekształcenia napięcia wyjściowego w stosunku do napięcia pierwotnego.

Rodzaje zniekształceń:

–

amplitudowe – polegające na zmianie przekładni napięciowej,

–

fazowe – polegające na zmieniającym się kącie przesunięcia fazowego między napięciem
wtórnym a pierwotnym,

–

nieliniowe wynikające z różnego stanu nasycenia rdzenia transformatora (różne wartości
prądu magnesującego w zależności od częstotliwości).

4.3.1.2. Transformatory spawalnicze

Wspólną cechą transformatorów spawalniczych jest to, że dają prąd o podobnych

właściwościach, natomiast różnią się między sobą sposobami regulacji natężenia prądu.

Regulacja natężenia prądu w transformatorach w spawalniczych przeprowadzana jest

poprzez:
–

zmianę napięcia w uzwojeniu pierwotnym,

–

oddzielny dławik,

–

dławik na wspólnym rdzeniu,

–

bocznik magnetyczny,

–

ruchome uzwojenie.

Regulacja natężenia prądu przez zmianę napięcia w uzwojeniu pierwotnym

Transformator spawalniczy ze zmianą napięcia w uzwojeniu pierwotnym ma budowę

podobną do transformatorów powszechnie używanych (rys. 16). Wyróżnia się tym,
że w uzwojeniu pierwotnym ma zaczepy umożliwiające zmianę napięcia i natężenia prądu.

Rys. 16. Transformator spawalniczy ze zmianą napięcia w uzwojeniu pierwotnym [3]:

1 – uzwojenie pierwotne, 2 – uzwojenie wtórne

Wadą tego typu transformatora jest różnica między napięciami biegu jałowego

w poszczególnych stopniach regulacji. Transformator ten daje stopniową regulację prądu
spawania, ale przy małych natężeniach prądu spawania są trudności z zajarzeniem elektrody.
Takie transformatory spawalnicze są rzadko stosowane.

Regulacja natężenia prądu przez oddzielny dławik

W obwód uzwojenia wtórnego włącza się szeregowo urządzenie dławikowe. Urządzenie

to służy do kształtowania opadającej charakterystyki statycznej oraz do regulacji prądu
spawania. Regulację prądu spawania uzyskuje się przez odsuwanie lub przysuwanie dławika
(rys. 17).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. Schemat transformatora spawalniczego z oddzielnym dławikiem [8].

Regulacja natężenia prądu przez dławik na wspólnym rdzeniu

Transformatory spawalnicze z dławikiem na wspólnym rdzeniu mają trzy uzwojenia

(rys. 18). Uzwojenia pierwotne 1 i wtórne 2 są nawinięte na dwu głównych kolumnach
rdzenia. Uzwojenie dławiące 3 jest połączone w szereg z uzwojeniem wtórnym i umieszczone
na dodatkowej części rdzenia z ruchomym jarzmem 4.

Ruchome jarzmo w uzwojeniu dławiącym kształtuje charakterystykę statyczną i reguluje

prąd spawania. Ruchu jarzma dokonuje się za pomocą mechanizmu śrubowego:
–

w małych transformatorach spawalniczych – ręcznie,

–

w dużych – za pomocą silników elektrycznych. Dzięki temu można na odległość (z pulpitu
sterowniczego automatu) sterować natężeniem prądu spawania.

Rys. 18. Schemat transformatora spawalniczego z dławikiem na wspólnym rdzeniu [8]:

1 –

uzwojenie pierwotne, 2 – uzwojenie wtórne, 3 – uzwojenie dławiące, 4 – dławik

Regulacja natężenia prądu przez bocznik magnetyczny

Transformator spawalniczy z bocznikiem magnetycznym jest zbudowany z rdzenia,

wysuwanego  bocznika  magnetycznego  oraz  uzwojeń:  pierwotnego  i  wtórnego  (rys. 19).
Uzwojenie pierwotne 1 i uzwojenie wtórne 2 są umieszczone na kolumnach rdzenia 4. Między
kolumnami  rdzenia  jest  umieszczony  bocznik  magnetyczny  3,  który  można  przesuwać  za
pomocą  mechanizmu  śrubowego.  Przez  wysuwanie  zmienia  się  jego  czynny  przekrój,
powodując rozproszenie strumienia magnetycznego.

Bocznikiem magnetycznym kształtuje się charakterystykę statyczną oraz zmienia się

wartości prądu spawania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 19. Schemat transformatora spawalniczego z ruchomym (wysuwanym) bocznikiem magnetycznym [8]:

1 – uzwojenie pierwotne, 2 – uzwojenie wtórne, 3 – wysuwany bocznik, 4 – rdzeń transformatora

Regulacja natężenia prądu przez ruchome uzwojenie

Transformator spawalniczy z ruchomym uzwojeniem zbudowany jest z dwu uzwojeń

osadzonych na jednej kolumnie (rys. 20). Rdzeń tego transformatora składa się z dwu części
niezależnych magnetycznie. Na kolumnie środkowej jest osadzone na stałe uzwojenie
wtórne 2, uzwojenie zaś pierwotne jest przesuwane.

Rys. 20. Schemat transformatora spawalniczego z ruchomym uzwojeniem [8]:

1 – uzwojenie pierwotne, 2 – uzwojenie wtórne

Przesuwając uzwojenie pierwotne, tj. oddalając lub zbliżając uzwojenia wtórne

i pierwotne, uzyskujemy zmianę strumienia magnetycznego.

W transformatorach tych ulega nieznacznej zmianie (3÷5%) napięcie biegu jałowego.
Przez zmianę strumienia magnetycznego kształtuje się charakterystykę statyczną oraz

zmienia prąd spawania.

Wszystkie transformatory spawalnicze, niezależnie od konstrukcji, mają tę samą zasadę

regulacji natężenia prądu, a mianowicie: zmieniając strumień magnetyczny zmienia się prąd
spawania.

Transformatory spawalnicze mogą mieć stopniową lub bezstopniową regulację prądu

spawania.

Transformatory ze zmianą napięcia w uzwojeniu pierwotnym mają stopniową regulację

prądu spawania. Regulację stopniową prądu spawania uzyskuje się, dokonując zmiany zaczepu
na uzwojeniu pierwotnym. Zmieniając zaczep, zmienia się liczbę zwojów w uzwojeniu
pierwotnym.

Transformatory z oddzielnym dławikiem magnetycznym, z dławikiem na wspólnym

rdzeniu, z bocznikiem magnetycznym i ruchomym uzwojeniem mają ciągłą regulację prądu
spawania. Regulację ciągłą prądu spawania uzyskuje się przesuwając dławik, odsuwając
uzwojenia lub wysuwając i wsuwając bocznik magnetyczny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podłączanie transformatorów do sieci

Transformatory spawalnicze podłącza się do jednej fazy sieci prądu przemiennego na

napięcia  230 V  lub  400 V,  w  zależności  od  typu  transformatora.  Żądane  napięcie  decyduje
o odpowiednim  połączeniu  wg  schematu  załączonego  na  pokrywie.  W  przypadku  braku
oznaczenia,  które  końcówki  transformatora  należy  podłączyć  do  sieci  zasilającej,  a  które  do
przewodów  spawalniczych,  należy  pamiętać,  że  do  sieci  łączy  się  końcówki  o  mniejszym
przekroju, natomiast końcówki o większym przekroju łączy się do przewodów spawalniczych.

Wadą transformatorów jest to, że mogą być podłączane tylko do jednej fazy. Podłączając

większą liczbę transformatorów spawalniczych należy pamiętać o równym obciążeniu
wszystkich faz, w przeciwnym razie nastąpią zaburzenia w pracy instalacji.

Transformatory spawalnicze są przewidziane do pracy przerywanej. Gdy uzwojenia

transformatora nagrzeją się, należy przerwać pracę i wyłączyć go z sieci do całkowitego
ochłodzenia uzwojeń.

Charakterystyki transformatorów spawalniczych

Transformatory spawalnicze stosowane do spawania elektrodami otulonymi muszą mieć

charakterystykę  statyczną  (rys. 21)  stromo  opadającą.  Stromo  opadająca  charakterystyka
statyczna  zapewnia,  że  przy  zwarciu  (zajarzeniu  łuku)  wzrost  natężenia  jest  ograniczony.
W transformatorach  spawalniczych  podczas  zwarcia  (zajarzenia  łuku)  i  przechodzenia
płynnego  metalu  w  łuku  elektrycznym  wzrasta  natężenie  prądu  o  20÷40%  w  stosunku  do
nastawionego.  W  przypadku  prądu  przemiennego  napięcie  biegu  jałowego,  potrzebne  do
zajarzenia łuku, musi wynosić 50÷90 V.

Rys. 21. Charakterystyka statyczna transformatora spawalniczego [8]

Charakterystyka dynamiczna przedstawia zmiany napięcia i natężenia w procesie

spawania.  Charakterystyka  dynamiczna  transformatora  spawalniczego  przedstawiona  jest  na
rys. 22.  Na wykresie  tym  przedstawiono  zmianę  napięcia  i  natężenia  w  czasie  spawania
elektrodą otuloną. Napięcie i natężenie w łuku zmienia swój kierunek skokowo. Przy przejściu
prądu przez zero, podczas zmiany biegunowości na początku i końcu każdego półokresu, łuk
gaśnie,  a  temperatura  w przestrzeni  łuku  obniża  się.  W  konsekwencji  zachodzi  dejonizacja
przestrzeni łuku, powodująca zmniejszenie przewodności elektrycznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 22. Charakterystyka dynamiczna transformatora spawalniczego [8]

Dla poprawienia trwałości jarzenia łuku stosuje się w otulinach elektrod odpowiednie

składniki jonizujące lub nakładanie na sinusoidę 50 Hz prądu wysokiej częstotliwości
z dodatkowego źródła prądu wysokiej częstotliwości. Prąd ten powoduje, że w czasie
zgaśnięcia łuku pozostaje dostateczna ilość nośników ładunków w strefie łuku, która w chwili
zmiany biegunowości utrzymuje stan jarzenia łuku.

Praca równoległa transformatorów spawalniczych

Jeżeli wymagane są większe natężenia prądu

niż daje pojedynczy transformator,

zaleca się pracę równoległą transformatorów spawalniczych.

Do pracy równoległej można używać dwu lub więcej transformatorów tego samego typu.

Wszystkie nastawy,  tj. prąd zasilania (z sieci), prąd spawania, muszą być jednakowe. Jeśli np.
transformator  spawalniczy  pierwszy  ma nastawione natężenie  prądu  180  A,  to  drugi  też musi
mieć  natężenie  180 A.  Podczas  pracy  równoległej  dwu  transformatorów  spawalniczych
otrzymuje się prąd wyjściowy równy sumie dwu nastawionych natężeń, tj. 360 A.

Ekonomika stosowania transformatorów spawalniczych

Transformatory spawalnicze są bardziej ekonomiczne niż przetwornice spawalnicze.

Transformator spawalniczy podczas biegu jałowego nie pobiera prądu z sieci (pomijając I

a energię elektryczną zużywa tylko w czasie spawania.

W transformatorze spawalniczym brak jest części ruchomych, które by się szybko

zużywały.  Dzięki  temu,  że  wszystkie  zespoły  są  mocowane  na  stałe,  trwałość  tych  urządzeń
jest  duża.  Konstrukcja  transformatorów  spawalniczych  jest  prosta,  składają  się  one  z  małej
liczby  części  i w porównaniu  z  innymi  urządzeniami  spawalniczymi  nie  są  drogie.  Wymiary
zewnętrzne  transformatorów  spawalniczych  są  niewielkie,  instalacja  nie  wymaga  specjalnych
warunków,  jak to ma  miejsce  w  przetwornicach  spawalniczych  i  prostownikach  z  własną
instalacją wentylacyjną.

Do wad transformatorów spawalniczych należą:

–

obciążenie tylko jednej fazy w sieci elektrycznej,

–

możliwość spawania tylko elektrodami mającymi jonizującą otulinę,

–

otrzymywanie wysokich napięć w czasie biegu jałowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.1.3. Transformatory do zgrzewarek

Zadaniem zespołów energetycznych jest pobieranie energii elektrycznej z sieci prądu

przemiennego i doprowadzenie do miejsc zgrzewanych, gdzie następuje jej zamiana na energię
cieplną. Najważniejszym elementem jest transformator, który przetwarza napięcie sieciowe na
napięcie wtórne w obwodzie zgrzewania. Napięcie wtórne przyłożone do elektrod jest bardzo
niskie i wynosi 0,5÷10 V. Natężenie prądu natomiast zawiera się w bardzo dużych granicach
1000÷200 000 A.

Zgrzewarki małej i średniej mocy są wyposażone w transformator jednofazowy. Jest to

niekorzystne ze względu na obciążenie sieci, gdyż współczynnik mocy w tego typu
zgrzewarkach cos

ϕ = 0,25÷0,6. Zgrzewarki o dużej mocy, które są potrzebne do zgrzewania

metali nieżelaznych albo do dużych przekrojów stalowych, są wyposażone w transformatory
trójfazowe tak, że obciążają trzy fazy doprowadzonego prądu.

Moc chwilowa może być dziesięciokrotnie większa niż moc pobierana z sieci przez

dłuższy czas.

Niskie napięcie wtórne na transformatorze otrzymuje się przez tzw. przekładnię uzwojenia

pierwotnego do wtórnego. Nie uwzględniając strat energii przyjmujemy, że napięcia są wprost
proporcjonalne do liczby zwojów

gdzie: U

– napięcie pierwotne,

– napięcie wtórne,

– liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,

– liczba zwojów uzwojenia wtórnego.

Im większa przekładnia uzwojeń, tym mniejsze będzie wtórne napięcie.
Uzwojenie pierwotne transformatorów do zgrzewarek składa się z kilkudziesięciu

zwojów, natomiast wtórne – z jednego lub z dwóch.

Natężenie prądu wtórnego jest odwrotnie proporcjonalne do liczby zwojów N

. Natężenie

prądu wtórnego jest tyle razy większe od pierwotnego, ile wynosi przekładnia uzwojeń.
Ze względu na duże natężenia prądu uzwojenie wtórne wykonuje się z grubego płaskownika
miedzianego w kształcie pętlic albo z kilku blach ze sobą złączonych.

Transformatory zgrzewarek dużej mocy mają w środku pusty zwój, przez który przepływa

woda chłodząca. Transformatory takie mogą mieć mniejsze wymiary.

Transformatory zgrzewarek pracują z przerwami. Podczas zakładania elementów

zgrzewanych między elektrody transformator jest wyłączony. Następuje włączenie
transformatora do sieci, wyłączenie i wyjęcie zgrzanego zespołu.

Stosunek czasu pracy do czasu całego zgrzewania nazywa się względnym czasem

roboczym i wyrażamy go w procentach

100

⋅

gdzie: ε – względny czas pracy,

– czas główny pracy, czyli czas przepływu prądu przez elektrody,

– czas całkowity cyklu, składający się z czasu głównego i z wszystkich niezbędnych

czasów pomocniczych.

Względny czas pracy dla dużych zgrzewarek punktowych przeznaczonych do zgrzewania

stopów  aluminium  (gdzie  czas główny wykonania jednej zgrzeiny wynosi tylko część okresu,
natomiast  czasy  pomocnicze  stanowią  części  minuty)  może  wynosić  0,5÷2%.  Zgrzewarki  do
stali są znacznie mniejsze, mają  dłuższe czasy główne, a w związku z tym mają także dłuższe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

względne  czasy  pracy  (do  12,5%).  Zgrzewarki  doczołowe  mogą  mieć  względne  czasy  pracy
do 25%, zgrzewarki liniowe do 50% i więcej. Zgrzewarki, które pracują z małym względnym
czasem  pracy  (w  przerwach ich transformatory chłodzą się), mogą być bardziej obciążone niż
te,  które  pracują  dłużej  w  całkowitym  cyklu  czasu  pracy.  Zakłady  produkujące  zgrzewarki
podają  w  charakterystykach  znamionowe  moce  dopuszczalne  przy  określonych  względnych
czasach pracy.  Często  są podane moce dla dwóch różnych względnych czasów pracy, np. dla
ε = 30% i dla ε = 50%. Ponadto są podawane moce zgrzewania największe, przy krótkotrwałej
pracy oraz największe moce zwarciowe. W niektórych przypadkach podawana jest moc trwała
zgrzewarki,  to  znaczy  maksymalne  dopuszczalne  obciążenie  przy  ciągłej  pracy,  tj.  dla
ε = 100%. Znając znamionową moc zgrzewarki przy względnym czasie pracy, można obliczyć
moc znamionową dla innego czasu pracy wg wzoru:

⋅

gdzie: P

– moc zgrzewarki przy względnym czasie pracy ε

w kVA,

– moc zgrzewarki przy względnym czasie pracy ε

w kVA.

Wzór ten znajduje praktyczne zastosowanie do sprawdzenia, czy określona zgrzewarka

ma dostateczną moc do zastosowania przy innym względnym czasie pracy.

Z obwodu wtórnego transformatora prąd doprowadzony jest do elektrod grubymi

przewodami  miedzianymi,  najczęściej  w  postaci  kilkunastu  taśm,.  Elektrody  są  wykonane
ze stopów  miedzi  o  małej  zawartości  kadmu,  chromu  i  innych  pierwiastków.  Stop  miedzi
powinien  niewiele  gorzej  przewodzić  prąd  od  miedzi.  Powinien  mieć  dobre  przewodnictwo
cieplne i przewodność elektryczną.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. W jakim typie prostowników transformator musi mieć większą moc niż wynika to z mocy

odbieranej przez odbiornik i dlaczego?

2.  W jakim typie prostowników transformator ma najbardziej skomplikowaną budowę?
3.  Jaka jest generalna zasada regulacji natężenia prądu w transformatorach spawalniczych?
4.  Jakie znasz sposoby regulacji prądu w spawarkach?
5.  Jakie wady posiada transformator spawalniczy?
6.  Jakich  regulacji  należy  dokonać,  aby  możliwa  była  równoległa  praca  dwóch

transformatorów spawalniczych?

7.  Jakie są metody podtrzymania łuku elektrycznego przy przejściu prądu przez zero?
8.  Czym różnią się stany pracy transformatorów prostownikowych i spawalniczych?
9.  Jaka jest budowa transformatorów do zgrzewania punktowego?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zmierz napięcia zwarcia transformatora spawalniczego z ruchomym bocznikiem

magnetycznym dla dwóch skrajnych położeń bocznika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z danymi znamionowymi badanego transformatora spawalniczego

z ruchomym bocznikiem magnetycznym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2)  dobrać przyrządy pomiarowe do wykonania ćwiczenia,
3)  połączyć układ według załączonego schematu,
4)  wykonać pomiary napięcia zwarcia dla dwóch skrajnych położeń bocznika,
5)  obliczyć procentowe napięcie zwarcia i porównać otrzymane wyniki z danymi

katalogowymi,

6) porównać otrzymane wyniki zmierzonych napięć zwarcia dla dwóch skrajnych położeń

bocznika,

7) zastosować zasady bhp podczas pomiarów,
8) dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

instrukcja do ćwiczenia,

–

transformator spawalniczy z ruchomym bocznikiem magnetycznym,

–

autotransformator,

–

woltomierz i amperomierz,

–

zeszyt do ćwiczeń,

–

kalkulator,

–

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Zmierz napięcia zwarcia transformatora spawalniczego z oddzielnym dławikiem dla

przypadków:
–

z dławikiem dla położenia zwory dławika maksymalnie zmniejszającego strumień
rozproszenia dławika,

–

bez dławika dla tego samego transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z danymi znamionowymi badanego transformatora spawalniczego

z oddzielnym dławikiem,

2)  dobrać przyrządy pomiarowe do wykonania ćwiczenia,
3)  połączyć układ według załączonego schematu,
4)  wykonać pomiary napięcia zwarcia dla obu przypadków,
5)  obliczyć procentowe napięcie zwarcia i porównać otrzymane wyniki z danymi

katalogowymi,

6) porównać otrzymane wyniki zmierzonych napięć zwarcia dla dwóch przypadków

wymienionych w poleceniu zadania,

7) zastosować zasady bhp podczas pomiarów,
8) dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

transformator spawalniczy z oddzielnym dławikiem,

−

autotransformator,

−

woltomierz i amperomierz,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Zmierz prądy strony pierwotnej transformatora do zgrzewania punktowego dla

przypadków:
–

stanu jałowego,

–

podczas zgrzewania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z danymi znamionowymi badanego transformatora do zgrzewania

punktowego,

2)  dobrać przyrządy pomiarowe do wykonania ćwiczenia,
3)  połączyć układ według załączonego schematu,
4)  wykonać pomiary,
5)  porównać  otrzymane  wyniki  zmierzonych  prądów dla  dwóch  przypadków  wymienionych

w poleceniu zadania,

6) zastosować zasady bhp podczas pomiarów,
7) dokonać analizy swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

transformator do zgrzewania punktowego,

−

autotransformator,

−

woltomierz i amperomierz,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) sklasyfikować transformatory spawalnicze ze względu na regulację prądu?



2) przedstawić sposób chłodzenia transformatorów zgrzewarek dużej mocy?



3) zanalizować metody podtrzymania łuku elektrycznego przy przejściu prądu

przez zero?



4) objaśnić różnicę w wykorzystaniu rdzenia różnych transformatorów do

prostowników?



5) objaśnić budowę obwodu magnetycznego transformatora spawalniczego

z ruchomym bocznikiem magnetycznym?



6) zanalizować różnice w stanach pracy transformatorów prostownikowych

i spawalniczych?



7) wskazać wady transformatora spawalniczego?



8) wskazać, jakich należy dokonać ustawień, aby możliwa była równoległa

praca dwóch transformatorów spawalniczych?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Uszkodzenia i naprawa transformatorów

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.1.1. Typowe uszkodzenia transformatorów

Tabela 1. Typowe uszkodzenia transformatorów [2]

Objawy

uszkodzenia

Możliwe przyczyny

Niektóre sposoby wykrywania

i usuwania usterek

1. Silne grzanie

się

– nadmierne obciążenie

sprawdzić wskazania amperomierzy,
czy obciążenie jest symetryczne,
a w przypadku asymetrii,
czy w dopuszczalnych granicach,

– zwarcie w zwojach albo między

blachami lub prądy pasożytnicze

zbadać uzwojenia i czynne elementy
żelazne

– luźne połączenie śrub
– rozluźnienie połączenia jarzma

z kolumnami

– drgania skrajnych blach rdzenia

– zbyt luźne osadzenie uzwojeń na

rdzeniu

2. Nienormalne

brzęczenie

– praca przy podwyższonym

napięciu

sprawdzić wskazania przyrządów,
sprawdzić, czy brzęczenie występuje
również w stanie jałowym,
sprawdzić dokręcenie śrub na
zewnątrz kadzi,
jeżeli po ewentualnym dokręceniu
śrub, zmianie obciążenia lub napięcia
brzęczenie nadal występuje –
sprawdzić przyczyny po demontażu

3. Szmery

wewnątrz
transformatora

– statyczne wyładowania i przeskoki

skontrolować stan izolacji

4. Trzaski

wewnątrz
transformatora

– przepięcia i wyładowania

powierzchniowe do obudowy

sprawdzić stan izolacji

– przerwa w uziemieniu

sprawdzić połączenia stali czynnej
z obudową transformatora

– przepięcie atmosferyczne

lub łączeniowe

– naturalne zużycie izolacji

5. Przebicie

izolacji
uzwojeń

– zwarcie wewnętrzne

lub zewnętrzne

skontrolować stan izolacji uzwojeń,
po demontażu sprecyzować
przyczynę i dokonać remontu

4.4.1.2. Badania transformatorów

Badania nowo wyprodukowanych transformatorów nazywa się próbami. Każdy

wyprodukowany  transformator  podlega  próbie  wyrobu.  Prototypowe  transformatory  nowej
serii  oraz  niektóre  jednostki  z  normalnej  produkcji  podlegają  natomiast  dokładniejszej  próbie
typu.  Ponadto  wykonywane  są  okresowe  badania  eksploatacyjne  transformatorów.
Przeprowadza  się  również  badania  sprawdzające  prawidłowość  doboru  transformatorów
do pracy  równoległej.  Transformatory,  które  zostały  przezwojone  lub  uległy  awarii  i  były
remontowane, poddaje się badaniom zgodnie z zakresem próby wyrobu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Badania i próby transformatorów, w szczególności energetycznych, sprowadzają się do:

a) badań prawidłowości połączeń uzwojeń – wyznaczanie początków i końców uzwojeń,
b) sprawdzania parametrów znamionowych transformatora:

–

pomiary przekładni,

–

pomiary rezystancji uzwojeń,

–

pomiary w stanie zwarcia określające straty w uzwojeniach i napięcie zwarcia,

–

pomiary w stanie jałowym określające straty w rdzeniu i prąd stanu jałowego,

c) badania stanu izolacji:

–

pomiar rezystancji izolacji,

–

próba wytrzymałości izolacji zwojowej przy podwyższonym napięciu i częstotliwości,

–

próba izolacji napięciem udarowym,

d) badania cieplnego (próba nagrzewania).

Pomiar rezystancji uzwojeń

Pomiar rezystancji uzwojeń wykonuje się metodą techniczną przy zasilaniu uzwojenia

prądem stałym (bez składowej zmiennej) lub mostkiem Thomsona (do 1 Ω) ewentualnie
Wheatstone'a (powyżej 1 Ω). Pomiar ten pozwala na odróżnienie uzwojeń strony GN,
mających większą rezystancję, od uzwojeń strony DN.

Przy założeniu jednakowych strat mocy obu uzwojeń można także, na podstawie pomiaru

rezystancji uzwojeń, oszacować przekładnię:

Przed odłączeniem źródła napięcia stałego, przyłączonego do uzwojenia w celach

pomiarowych, należy pamiętać o dołączeniu równolegle do uzwojenia rezystora,
pozwalającego na rozładowanie energii pola magnetycznego i uniknięcie groźnego przepięcia
przy wyłączeniu.

Określenie początków i końców uzwojeń transformatora

Transformatory nowo wyprodukowane, transformatory z uszkodzoną lub brakującą

tabliczką znamionową, jak również w przypadku braku pewności co do prawidłowości
oznaczeń zacisków transformatora, poddaje się badaniom określającym początki i końce
uzwojeń.

Wyznaczenie początków i końców zacisków uzwojeń wykonuje się zasilając jedno

z uzwojeń strony GN napięciem obniżonym. Łącząc po jednym zacisku uzwojenia GN i DN
(rys. 23) mierzy się napięcie U

między wolnymi zaciskami tych uzwojeń.

Jeżeli napięcie U

jest większe od napięcia zasilania U

, to połączony został początek

jednego  uzwojenia  z  końcem  drugiego,  jeśli  natomiast  jest  mniejsze,  to  połączono  zaciski
jednoimienne.  Dowolny  zacisk  w  transformatorze  można  nazwać  początkiem  i  względem
niego  na  podstawie  poprzednio  wykonanych  sprawdzeń  określić  początki  i  końce  wszystkich
uzwojeń, a następnie połączyć uzwojenia w układy trójfazowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 23. Wyznaczanie początków i końców uzwojeń transformatora [8]:

a) układ pomiarowy, b) wykres topograficzny.

Niezależnie od stosowanych literowo-cyfrowych oznaczeń zacisków uzwojeń dogodnie

jest na schematach uzwojeń rozróżniać elektromagnetyczne początki i końce uzwojeń,
wyróżniając początek uzwojenia kropką.

Pomiar przekładni znamionowej

Pomiar przekładni znamionowej wykonuje się, mierząc napięcia między zaciskami

wyjściowymi strony GN i strony DN transformatora.

Pomiar może być wykonany metodą pomiaru napięć przy obniżonym napięciu zasilania

i użyciu  woltomierzy  klasy  0,2  lub  za  pomocą  mostka  kompensacyjnego  dostosowanego
do pomiaru  przekładni  transformatorów.  Wymagania  dużej  dokładności  pomiaru  przekładni
wynikają  z wymagań  normy  odnośnie  przekładni  transformatorów  przeznaczonych  do  pracy
równoległej.

Pomiary stanu jałowego transformatora

Pomiary stanu jałowego transformatora pozwalają wyznaczyć prąd stanu jałowego, straty

w rdzeniu

∆

i parametry gałęzi poprzecznej schematu zastępczego.

Pomiary w stanie zwarcia

Pomiary w stanie zwarcia pozwalają na określenie:

–

napięcia zwarcia,

–

strat w uzwojeniach

∆

–

reaktancji rozproszenia uzwojeń,

–

parametrów gałęzi podłużnej schematu zastępczego.

Pomiar rezystancji izolacji

Pomiar rezystancji izolacji pozwala na określenie stanu izolacji transformatora.

Wykonywany jest megaomomierzem induktorowym o napięciu 2,5 kV lub 1 kV, przy
zaciskach transformatora odłączonych od sieci.

Odczytu wskazania przyrządu dokonuje się po 15 oraz 60 s, a dla transformatorów dużej

mocy także po 300 s. W miarę upływu czasu od rozpoczęcia pomiaru megaomomierz
wskazuje coraz większe wartości rezystancji, ponieważ zanika prąd pojemnościowy ładowania
układu izolacyjnego. Duży stosunek wartości rezystancji R

świadczy o braku wilgoci w

izolacji – zawilgocenie zwiększa bowiem składową upłynnościową prądu zależną od stanu
izolacji, a nie od czasu wykonywania pomiaru.

Pomiar rezystancji izolacji wykonuje się zasadniczo w dwóch układach:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

między uzwojeniami obu stron transformatora w stosunku do uziemionego rdzenia
(obudowy) (rys. 24),

–

uzwojeń danej strony transformatora w stosunku do uziemionego rdzenia (obudowy)
i uzwojeń drugiej strony (rys.25).

Rys. 24. Schemat pomiarowy do wyznaczania rezystancji izolacji między uzwojeniami GN i DN
transformatora za pomocą miernika induktorowego [8].

Rys. 25. Schemat pomiarowy do wyznaczania rezystancji izolacji uzwojeń danej strony
transformatora w do stosunku rdzenia (obudowy) i pozostałych uzwojeń [8].

4.4.1.3. Wykonywanie uzwojeń dolnego (DN) i górnego (GN) napięcia

Operacje związane z wykonywaniem uzwojeń DN i GN transformatora:

I. Wykonywanie uzwojeń DN

– Nawijanie uzwojeń odbywa się na nawijarce do wykonywania uzwojeń.
– Uzwojenie DN nawija się miedzianym drutem w emalii (lub profilowym w izolacji

papierowej  dla  transformatorów  dużej  mocy).  Wymiar  drutu,  liczba  drutów
równoległych  oraz  przyrost  izolacji  podane  są  dla  każdego  transformatora
w dokumentacji  transformatora.  Przed  przystąpieniem  do  nawijania  uzwojenia  należy
sprawdzić  wymiar  drutu  gołego  mikromierzem.  Dopuszczalna  odchyłka  od  wymiaru
podanego  w  dokumentacji  może wynosić

0,05 mm. W przypadku drutu bez izolacji,

drut  należy  izolować  taśmą  papierową  o  grubości  0,06  lub  0,12 mm  na  zakładkę
ok. 50%  szerokości  taśmy.  Szerokość  taśmy  powinna  wynosić  12÷25  mm.  Mniejsze
szerokości  należy  stosować  przy mniejszym  przekroju  drutu i  dla uzwojeń o mniejszej
średnicy.  Przy  oplocie  wielowarstwowym  kolejne  warstwy  nakłada  się  w obu
kierunkach  na  zmianę.  Oplot  powinien  być  tak  wykonany,  żeby  nie  występowały
zmarszczki  i  pęcznienie  papieru.  Struktura  papieru  powinna  być  jednolita,  bez
zanieczyszczeń, jego grubość równomierna.

– Drut nawojowy należy umieszczać na bębnach zamocowanych w stojaku. Odwijany

z bębna drut przechodzi między rolkami urządzenia prostującego. Drut po wyprostowaniu
należy izolować papierem zgodnie z zasadami izolowania przewodów papierem
izolacyjnym. Wykonane uzwojenie powinno mieć wszystkie zwoje ściśle przylegające do
karkasu (lub szablonu dla transformatorów dużej mocy). Odchyłka średnicy zewnętrznej od
wymiaru podanego w karcie naprawy nie może przekroczyć 2%.

– W przypadku występowania drutów równoległych należy wykonać przeplecenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

– Wykonując przeplecenia bez straty wysokości pod przewód zmieniający tor należy

stosować w miejscu przechodzenia drutu z jednego toru do drugiego podkładkę
preszpanową grubości 0,5 mm.

II. Wykonywanie uzwojeń GN

– Nawijanie uzwojeń GN odbywa się na nawijarce. Uzwojenie wykonywać należy na

karkasie (lub szablonie), którego wymiary określone są wymiarami uzwojenia (cewki).
Uzwojenie wykonuje się drutem okrągłym w izolacji emaliowanej lub profilowym
w izolacji papierowej.

– Przed rozpoczęciem nawijania należy dokonać pomiaru wymiarów drutu

mikromierzem.  Wymiar  drutu  w  izolacji  emaliowanej  nie  może  przekroczyć  wymiaru
podanego  w dokumentacji.  W  przypadku  drutu  izolowanego  papierem  jednostronna
grubość  izolacji  nie  może  być  większa  od  wymiaru  podanego  w dokumentacji  więcej
niż o 0,025 mm.

– Między warstwami stosuje się izolację. Grubość izolacji powinna być równomierna na

obwodzie cewki. Odchyłka grubości wykonanej cewki nie może przekroczyć 0,5 mm.
Odchyłka wysokości nie może przekroczyć 0,4 mm.

– Nawijania uzwojeń GN i DN należy dokonywać dokładnie wg dokumentacji

konstrukcyjnej oraz zgodnie z procesem technologicznym.

III. Wykonywanie uzwojeń GN i DN transformatorów małej mocy

–  Nawijanie uzwojenia GN odbywa się na nawijarce i jest wykonywane jako pierwsze.
–  Nawijanie uzwojenia DN odbywa na uzwojeniu GN.
–  Między  uzwojeniem  GN  a  DN  stosuje  się  izolację.  Grubość  izolacji  powinna  być

równomierna na obwodzie cewki.

– Uzwojenie GN i DN przedziela się warstwą izolacji z papieru nasycanego, ceratki,

tkaniny bakelizowanej lub szklanej.

Przy wykonywaniu opisanych operacji obowiązują ogólne zasady przestrzegania

przepisów bhp.

4.4.1.4. Suszenie części aktywnej

Operacje związane z wykonywaniem suszenia bezpróżniowego części aktywnej

transformatora:

Suszenie części aktywnej transformatora należy przeprowadzić w suszarce. Część

aktywna transformatora podlega suszeniu po zakończeniu wszystkich prac montażowych i po
uzyskaniu pozytywnych wyników kontroli międzyoperacyjnej.

Kolejność czynności:

–

Dokładnie oczyścić sprężonym powietrzem część aktywną z kurzu, skrawków papieru
i innych zanieczyszczeń.

–

Oczyszczoną część aktywną załadować do suszarki.

–

Nastawić układ sterujący pracą suszarki na temperaturę 105ºC.

–

Sprawdzić czy po 3÷4 godzinach temperatura pracy suszarki osiągnęła 105ºC

5ºC.

–

W wypadku spadku temperatury poniżej 100ºC (brak zasilania) czas suszenia należy
przedłużyć o tyle godzin, ile temperatura była poniżej 100ºC.

–

Po zakończeniu procesu suszenia część aktywną transformatora należy poddać pomiarom
stopnia wysuszenia. W wypadku wystąpienia zbyt niskiej rezystancji izolacji powtórzyć
proces suszenia.
Przy wykonywaniu opisanych operacji obowiązują ogólne zasady przestrzegania

przepisów bhp oraz przepisy bhp dotyczące eksploatacji suszarki.

Niedopuszczalne jest otwieranie drzwi suszarki i dokładanie do suszarki w czasie trwania

suszenia dodatkowych elementów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.1.5. Montaż części aktywnej

Operacje związane z montażem części aktywnej transformatora i określenie zasad

montażu końcowego transformatora:
–

Skompletować wszystkie elementy i podzespoły części aktywnej transformatora.

–

Elementy lub podzespoły naprawiane i konserwowane muszą być wyczyszczone i umyte.

–

Zamontować uzwojenie DN.

–

Zamontować uzwojenie GN.

–

Przystąpić  do  zaplatania  jarzma.  Stanowisko,  gdzie  zaplata  się  jarzmo,  musi  być
utrzymywane  w  stanie  czystym.  Przez  cały  czas  zaplatania  jarzma  górnego  blachy
utrzymywać  w  czystości.  Jarzmo  należy  zaplatać  w  odwrotnej  kolejności  do  rozplatania.
Grubość zaplecionego jarzma powinna być równa grubości reszty rdzenia. Rdzeń uważany
jest  jako  dobry,  jeżeli  do  zaplecenia  jarzma  zostały  użyte  wszystkie  blachy  i zachowany
został jego wymiar.

–

Po  zapleceniu  jarzma  rdzeń  skręcić  sworzniem.  W  czasie  zakładania  sworznia  nie  wolno
przebijać  otworów  w  rdzeniu.  Sworznie  powinny  wchodzić  w  otwory  swobodnie.  Przy
zakładaniu  sworzni  należy  zwrócić  uwagę,  aby  izolację  sworzni  dostatecznie  wystawić
poza powierzchnię blach skrajnych lub poza belki dociskowe.

–

Założyć belki jarzmowe.

–

Za pomocą śrub skręcić belki jarzmowe z górnym jarzmem.

–

Uziemić rdzeń transformatora do konstrukcji nośnej za pomocą blaszki miedzianej.

–

Po zmontowaniu części aktywnej należy sprawdzić poprawność montażu.

–

Zmontowaną część aktywną poddać procesowi suszenia.
Przy wykonywaniu opisanych operacji obowiązują ogólne zasady przestrzegania

przepisów bhp.

4.4.1.6. Ocena zgodności strony elektrycznej części aktywnej transformatora

Części aktywne ze zdemontowanych wstępnie transformatorów podlegają w pierwszej

kolejności  zewnętrznym  oględzinom  w  celu  zlokalizowania  już  na  tym  etapie  widocznych
uszkodzeń  elektrycznych  bądź  mechanicznych  uzwojeń  lub  rdzenia.  Brak  widocznych
uszkodzeń,  a także  pozytywny  wynik  wstępnie  zmierzonej  rezystancji  izolacji  uzwojeń

(min.

20 MΩ przy 1000 V) kwalifikuje część aktywną do pełnych pomiarów i badań
diagnostycznych

Tabela 2. Badania i wymagania [10].

Lp.

Rodzaj badania – pomiaru

Wykonanie według

Wymagania według

Pomiar rezystancji izolacji
uzwojeń GN, DN

PN-81/E-04070.03

20 MΩ

Pomiar przekładni
transformatora

PN-81/E-04070.06

PN-83/E-06040 pkt. 12.8

Pomiar rezystancji uzwojeń
GN i DN

PN-81/E-04070.05

PN-83/E-06040 pkt. 12.8

Pomiar prądu i strat
w stanie jałowym

PN-81/E-04070.08
Przeprowadzenie pomiaru
tylko przy napięciu
bezpiecznym dla izolacji
transformatora

PN-83/E-06040 pkt.12.8

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.1.7. Kontrola i badania międzyoperacyjne transformatora

Warunkom Technicznym Odbioru podlegają przezwajane, naprawiane lub konserwowane

części aktywne transformatorów. Międzyoperacyjnemu odbiorowi jakościowemu podlegają
również wszystkie operacje towarzyszące przygotowaniu podzespołów do montażu
końcowego transformatora.

Warunki Techniczne Odbioru określają zakres badań – pomiarów pozwalających ocenić

przygotowanie podzespołów i elementów transformatora przed jego montażem końcowym.

Kontrola i badania międzyoperacyjne obejmują:

–

badania części aktywnej przed suszeniem, po wymianie lub konserwacji uzwojeń DN i/lub
GN, a także w każdej sytuacji wymuszającej konieczność ingerencji w obwód elektryczny
lub elektromagnetyczny części aktywnej,

–

badanie części aktywnej po suszeniu,

–

kontrolę stanu izolacji i stanu mechanicznego uzbrojonej części aktywnej przygotowanej
do montażu końcowego transformatora.

Opis postępowania
I. Przezwojona, naprawiona lub przekonserwowana część aktywna transformatora

przed suszeniem podlega badaniom:
a) Oględziny – w których należy ocenić:

–  jakość wykonania lub naprawy uzwojeń (w tym jakość łączeń spawanych),
–  jakość złożenia rdzenia i jego uziemienie,
–  stan izolacji śrub jarzmowych,
–  jakość wszystkich połączeń śrubowych ściągających rdzeń;

b) Pomiary

– stan izolacji obwodu elektrycznego R

> 200 MΩ przy 1000 V strony GN i DN

względem rdzenia,

– stan izolacji jarzmowych R

> 50 MΩ przy 1000 V,

– sprawdzenie ciągłości obwodu elektrycznego.

W wypadku gdy jarzmo górne rdzenia nie było rozplatane, pomiar rezystancji uzwojeń

GN, DN, a także pomiar prądu i strat w stanie jałowym – nie jest wymagany.
II. Badanie części aktywnej po suszeniu – w stanie nagrzanym

Badanie to obejmuje:
a) Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń GN-DN względem uziemionego rdzenia

i między uzwojeniami. Wartość wymagana R

≥ 200 MΩ przy napięciu 2,5 kV.

b) Pomiar wskaźnika wysuszenia (absorpcji): R

iz.60

iz.15

. Wymagana wartość wskaźnika

min. 1,54.

c) Pomiar stanu izolacji śrub jarzmowych. Wartość min. 50 MΩ przy 1000 V.

III. Badanie uzbrojonej części aktywnej przygotowanej do montażu końcowego

transformatora
W celu dopuszczenia do montażu końcowego, ocenie podlega przede wszystkim

uzbrojona w osłony część aktywna transformatora, a także pozostałe jego elementy
montowane wewnątrz, których kontrola na etapie prób końcowych byłaby niemożliwa.

Badanie przeprowadzane na stanowisku montażu transformatora obejmuje:
a) Oględziny, w których należy ocenić:
–

stan połączeń śrubowych obwodu elektrycznego i mechanicznego,

–

jakość izolacji zwojów,

–

przygotowanie konserwacyjne obudowy transformatora.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

b) Pomiary:

– stan izolacji obwodu elektrycznego R

> 200 MΩ przy 1000 V strony GN i DN

względem rdzenia,

– stan izolacji jarzmowych R

> 50 MΩ przy 1000 V,

– sprawdzenie ciągłości obwodu elektrycznego.

4.4.1.8. Badania końcowe transformatora

Warunkom Technicznym Odbioru podlegają transformatory naprawione lub po

konserwacji.

Warunki Techniczne Odbioru określają zakres badań – pomiarów końcowych

pozwalających ocenić pełną przydatność eksploatacyjną transformatora po przeprowadzonej
naprawie lub konserwacji.
I. Zakres badań obejmuje:

a) Oględziny – w których należy ocenić:

– jakość malowania zewnętrznego;
– czystość wyprowadzeń;

b) Badania i pomiary elektryczne.

Tabela 3. Wymagania [10]

L.p.

Rodzaj badania – pomiaru

Wykonanie według

Wymagania według

Pomiar rezystancji izolacji i wskaźnika
izolacji R

PN-81/E-04070.03

≥1000 MΩ;

≥ 1,45

Próba wytrzymałości elektrycznej

PN-EN-60076-3

PN-92/E-04060

Próba wytrzymałości izolacji zwojowej

PN-EN-60076-3

Pomiar rezystancji uzwojeń

PN-81/E-04070.05

PN-83/E-06040
pkt. 12.8

Pomiar przekładni i sprawdzenie grupy
połączeń

PN-81/E-04070.06
PN-81/E-04070.07

PN-83/E-06040
pkt. 7.1 i pkt. 12.8;
PN-EN-60076.1

Próba stanu jałowego
Pomiar strat i prądu stanu jałowego

PN-81/E-04070.08

PN-83/E-06040
pkt. 12.8

Próba stanu zwarcia pomiarowego

PN-81/E-04070.09

PN-83/E-06040

Próba załączenia do sieci

Bezpośrednie
załączenie w stanie
jałowym

Bez objawów
uszkodzeń

II. Czynności dodatkowe

W transformatorze przebadanym z wynikiem pozytywnym należy przymocować nową

tabliczkę znamionową.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jak oznacza się początki i końce uzwojeń w transformatorach?
2.  Co może być przyczyną silnego grzania się uzwojeń transformatora?
3.  Jakie są przyczyny brzęczenia rdzenia transformatora?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. Jaki jest zakres prób pełnych transformatora?
5. Jaka jest różnica w montażu rdzenia transformatorów małej mocy a transformatorów

dużej mocy?

6. Jaka jest różnica w montażu uzwojeń transformatorów małej mocy a transformatorów

dużej mocy?

7.  Jaki jest cel stosowania izolacji międzywarstwowej?
8.  W jaki sposób wyznacza się straty mocy w rdzeniu transformatora?
9.  Jaka powinna być wartość rezystancji izolacji uzwojeń?

10.  W jaki sposób nawija się uzwojenie transformatora toroidalnego?
11.  Jaki jest cel stosowania impregnacji uzwojeń?
12.  Jaki jest zakres pomiarów końcowych transformatora po naprawie?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj oględzin transformatora spawalniczego z ruchomym jarzmem.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi transformatora,
2)  ocenić stan uzwojeń,
3)  ocenić jakość złożenia rdzenia i jego uziemienia,
4)  sprawdzić stan mechanizmu przesuwającego jarzmo,
5)  sprawdzić stan izolacji śrub jarzmowych,
6)  sprawdzić jakość wszystkich połączeń śrubowych ściągających rdzeń,
7)  wyciągnąć wnioski i zaprezentować efekty swoich badań.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

stanowisko do badań,

−

transformator spawalniczy,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiary rezystancji izolacji uzwojeń w danym transformatorze jednofazowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi transformatora,
2)  zaproponować układy pomiarowe,
3)  zgromadzić niezbędne przyrządy pomiarowe,
4)  wykonać  pomiar  rezystancji  izolacji  uzwojenia  pierwotnego  i  wtórnego  w  stosunku

do rdzenia,

5) wykonać pomiar rezystancji izolacji między zaciskiem strony pierwotnej a zwartym

i uziemionym uzwojeniem wtórnym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6) wykonać pomiar rezystancji izolacji między zaciskiem strony wtórnej a zwartym

i uziemionym uzwojeniem pierwotnym,

7) opracować wyniki pomiarów i wyciągnąć wnioski oraz zaprezentować efekty swoich

badań.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

transformator jednofazowy,

−

miernik elektroniczny (uniwersalny),

−

miernik do pomiaru rezystancji izolacji,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiary strat mocy w rdzeniu transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi transformatora,
2)  zaproponować układ pomiarowy,
3)  zgromadzić niezbędne przyrządy pomiarowe,
4)  wykonać niezbędne pomiary,
5)  wykonać obliczenia strat w rdzeniu,
6)  dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

stanowisko pomiarowe,

−

transformator,

−

mierniki do pomiaru wielkości elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 4

Wyznacz początki i końce uzwojeń transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi transformatora,
2)  zaproponować układ pomiarowy,
3)  zgromadzić niezbędne przyrządy pomiarowe,
4)  wykonać niezbędne pomiary,
5)  określić i oznaczyć w transformatorze początki i końce uzwojeń,
6)  dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

stanowisko pomiarowe,

−

transformator do badań,

−

mierniki do pomiaru wielkości elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 5

Napraw uzwojenie transformatora małej mocy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi transformatora przeznaczonego do naprawy,
2)  określić rodzaj uszkodzenia uzwojenia,
3)  narysować uzwojenie transformatora,
4)  ustalić plan naprawy transformatora,
5)  zgromadzić niezbędne materiały do wykonania naprawy,
6)  zgromadzić niezbędne narzędzia do wykonania naprawy,
7)  zgromadzić niezbędne przyrządy pomiarowe,
8)  wykonać nowy karkas,
9)  nawinąć uzwojenie,

10) wykonać niezbędne pomiary po naprawie uzwojenia,
11) dokonać analizy przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

stanowisko do przeprowadzenia naprawy uzwojenia,

−

uszkodzone uzwojenie transformatora małej mocy,

−

zestaw narzędzi,

−

zestaw materiałów do przeprowadzenia naprawy,

−

mierniki do pomiaru wielkości elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 6

Dokonaj naprawy transformatora spawalniczego z uszkodzonym rdzeniem.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z danymi transformatora,
2)  dokonać oględzin,
3)  ocenić stan uzwojeń,
4)  ocenić stan rdzenia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5)  ocenić stan elementów konstrukcyjnych,
6)  dokonać pomiaru rezystancji uzwojeń i izolacji,
7)  dokonać demontażu rdzenia,
8)  usunąć zlokalizowane uszkodzenia,
9)  złożyć rdzeń,

10)  pomalować rdzeń,
11)  dokonać konserwacji pozostałych elementów mechanicznych,
12)  wyciągnąć wnioski i zaprezentować efekty swoich badań.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

stanowisko do przeprowadzenia naprawy rdzenia,

−

transformator z uszkodzonym rdzeniem,

−

zestaw narzędzi,

−

zestaw materiałów do przeprowadzenia naprawy,

−

mierniki do pomiaru wielkości elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

kalkulator,

−

ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) przeprowadzić oględziny transformatora?



2) wyznaczyć początki uzwojeń w transformatorach?



3) przedstawić wymagane wartości rezystancji izolacji transformatora?



4) zmierzyć rezystancję uzwojeń transformatora?



5) zmierzyć straty mocy w rdzeniu transformatora?



6) zinterpretować wyniki pomiarów rezystancji uzwojeń transformatora?



7) zlokalizować uszkodzenia uzwojeń transformatorów jednofazowych?



8) wykonać uzwojenie transformatora?



9) zastosować zasady bhp podczas pomiarów i napraw transformatorów?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj dokładnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi.
4.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
5.  Test zawiera 20 zadań.
6.  Do każdego zadania podane są trzy odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa.
7.  Zaznacz  prawidłową  według  Ciebie  odpowiedź,  wstawiając  literę  X  w  odpowiednim

miejscu na karcie odpowiedzi.

8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz

odpowiedź prawidłową.

9. Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt.

10. Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi –

otrzymujesz zero punktów.

11. Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi.
12. Nie odpowiadaj bez zastanowienia, jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność – przejdź

do następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi, możesz wrócić później.

13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.
14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Rdzeń transformatora wykonuje się z blach ze względu na:

a)  zmniejszenie ciężaru transformatora,
b)  zmniejszenie strat od prądów wirowych,
c)  poprawę warunków chłodzenia transformatora.

2. Najlepsze właściwości magnetyczne wykazuje blacha transformatorowa:

a)  zimnowalcowana,
b)  gorącowalcowana,
c)  nie  ma  znaczenia,  czy  zimnowalcowana  lub  gorącowalcowana,  gdyż  mają  te  same

właściwości magnetyczne.

3. Jednym z materiałów stosowanych do izolowania blach rdzenia magnetycznego jest:

a)  taśma torlenowa,
b)  lakier elektroizolacyjny,
c)  mikamit.

4. Najmniejszy strumień rozproszenia ma rdzeń:

a)  z kształtek EI,
b)  toroidalny,
c)  z kształtek M.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Celem nakrzemiania blach transformatorowych jest:

a)  poprawa właściwości magnetycznych,
b)  poprawa właściwości mechanicznych,
c)  zwiększenie rezystancji.

6. Próby typu transformatora przeprowadza się:

a)  po każdym kapitalnym remoncie,
b)  po opracowaniu każdej nowej konstrukcji,
c)  po każdej modernizacji.

7. Moc transformatora do prostownika jednopołówkowego powinna być w stosunku do

mocy odbiornika zasilanego z tego prostownika:
a)  większa,
b)  taka sama,
c)  mniejsza.

8. Uzwojenie pierwotne jest:

a)  zawsze stroną DN,
b)  zawsze stroną GN,
c)  może być stroną DN lub GN.

9. Przekładnia transformatora zgodnie z normą jest to:

a) stosunek napięcia górnego do napięcia dolnego mierzonych na zaciskach

transformatora będącego wstanie jałowym,

b) stosunek napięcia górnego do napięcia dolnego mierzonych na zaciskach

transformatora będącego wstanie obciążenia.

c) stosunek napięcia pierwotnego do napięcia wtórnego mierzonych na zaciskach

transformatora będącego wstanie jałowym.

10. Przyczyną nadmiernego hałasu transformatora nie jest:

a)  przeciążenie transformatora,
b)  luźne połączenia śrub skręcających rdzeń,
c)  zbyt niskie napięcie zasilania.

11. Transformator przedstawiony na rysunku, to transformator:

a)  rdzeniowy
b)  zwijany,
c)  płaszczowy.

12. Stan pracy transformatora do zgrzewania jest stanem:

a)  zwarcia,
b)  obciążenia,
c)  pracy jałowej.

13. Minimalna rezystancja izolacji nowych uzwojeń przy 1000 V powinna wynosić:

a)   50 MΩ,
b)  100 MΩ,
c)  200 MΩ.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14. W transformatorze jednofazowym o danych, U

= 230 V, U

= 24 V N

= 2760 zw liczba

zwojów wtórnych wynosi:
a)  10
b)  115
c)  288

15. Procentowe napięcie zwarcia transformatora spawalniczego jest:

a)  < 10%,
b)  = 10%,
c)  >10%.

16. Uzwojenie GN nawija się na karkasie jako:

a)  pierwsze,
b)  drugie,
c)  kolejność nie ma znaczenia.

17. Do budowy rdzenia transformatora pracującego przy częstotliwości akustycznej należy

dobrać blachy o grubości:
a)  większej niż 0,3 mm,
b)  równej 0,3 mm,
c)  poniżej 0,3 mm.

18. W stanie zwarcia pomiarowego można wyznaczyć straty:

a)  straty w rdzeniu,
b)  straty w uzwojeniach,
c)  prąd magnesujący.

19. W zakres oględzin wchodzi ocena:

a)  połączeń śrubowych obwodu elektrycznego i mechanicznego,
b)  stan izolacji obwodu elektrycznego względem rdzenia,
c)  ciągłości obwodu elektrycznego.

20. Najmniejszy strumień rozproszenia ma rdzeń składany:

a)  na styk,
b)  na zakładkę – zaplecenie prostokątne,
c)  na zakładkę – zaplecenie ukośne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ........................................................................................................................

Montaż

wykonywanie

napraw

transformatorów

małej

mocy,

transformatorów do spawarek i zgrzewarek

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1.  Chwaleba A.: Elektronika. WSiP, Warszawa 2000.
2.  Goźlińska E.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 1998.
3.  Hillary J., Jarmoszuk S.: Spawalnictwo. WSiP, Warszawa 1997.
4.  Instrukcje Technologiczne. ZELTECH-ME Spółka z o.o., Łódź 2005.
5.  Latek W.: Maszyny elektryczne, WNT, Warszawa 1994.
6.  Polskie Normy:

Norma PN-E-04070-00:1981 Transformatory. Metody badań – Postanowienia ogólne,

oględziny.

Norma PN-E-06040:1983 Transformatory – Ogólne wymagania i badania.

Norma PN-EN 60204-1:2001: Bezpieczeństwo maszyn. Część 1: Wymagania ogólne.
Norma PN-EN 60076-3:2002 Transformatory. Wymagania ogólne.
Norma

PN-EN 60317-0-1:2002

Wymagania

dotyczące

poszczególnych

typów

przewodów nawojowych. Wymagania ogólne – Przewody nawojowe emaliowane
miedziane okrągłe.

Norma PN-T-80104:1998 Transformatory sieciowe radioelektroniczne. Wymagania

i badania.

Norma PN-E-81106:1985 Jednostanowiskowe transformatory spawalnicze. Wymagania

i badania.

7.  Maszyny i napęd elektryczny (praca zbiorowa). WSiP, Warszawa 1978.
8.  Poradnik inżyniera elektryka (praca zbiorowa), t. 2. WNT, Warszawa 1976.
9.  Praktyczna elektrotechnika ogólna (praca zbiorowa). REA, Warszawa 2003.

10. Warunki Techniczne Odbioru. ZELTECH-ME Spółka z o.o., Łódź 2005.