=
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Andrzej Wadas
Montaż i wykonywanie napraw transformatorów małej
mocy, spawarek i zgrzewarek 724[05].Z3.03
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr inż. Grażyna Adamiec
mgr inż. Urszula Kaczorkiewicz
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Barbara Kapruziak
Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 724[05].Z3.03,
 Montaż i wykonywanie napraw transformatorów małej mocy, spawarek i zgrzewarek
zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu elektromechanik 724[05].
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
 SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Konstrukcja transformatorów 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 14
4.1.3. Ćwiczenia 15
4.1.4. Sprawdzian postępów 16
4.2. Zasada działania transformatorów 17
4.2.1. Materiał nauczania 17
4.2.2. Pytania sprawdzające 20
4.2.3. Ćwiczenia 20
4.2.4. Sprawdzian postępów 24
4.3. Transformatory małej mocy, transformatory do spawarek i zgrzewarek 25
4.3.1. Materiał nauczania 25
4.3.2. Pytania sprawdzające 34
4.3.3. Ćwiczenia 34
4.3.4. Sprawdzian postępów 36
4.4. Uszkodzenia i naprawa transformatorów 37
4.4.1. Materiał nauczania 37
4.4.2. Pytania sprawdzające 44
4.4.3. Ćwiczenia 45
4.4.4. Sprawdzian postępów 48
5. Sprawdzian osiągnięć 49
6. Literatura 53
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
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 znalez
ć 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
3
724[05].Z3
Montaż i naprawa maszyn elektrycznych
724[05].Z3.01
724[05].Z3.03
Montaż i wykonywanie napraw
Montaż i wykonywanie napraw
silników indukcyjnych
transformatorów małej mocy,
spawarek i zgrzewarek
724[05].Z3.02
Montaż i wykonywanie napraw
silników komutatorowych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
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
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
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 z
ródeł 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
6
4. MATERIAA
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
z
ródeł 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 z
ródła 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
7
 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 z
ródła.
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 płaszczyz
nie 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
8
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
9
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 dz
więku 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
10
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 kadz
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
11
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
12
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
13
 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
14
8. Co oznaczają następujące określenia: słup, kolumna, jarzmo, okno rdzenia, karkas, rdzeń
kształtkowy, rdzeń zwijany, kadz
, 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
15
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, kadz
, 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
16
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 nazywa się strumień magnetyczny sprzężony z uzwojeniami obu
stron transformatora, zaś strumieniami rozproszenia i (inne spotykane w literaturze
rl r2
oznaczenie strumieni rozproszenia: i ) nazywa się strumienie magnetyczne sprzężone
sl s2
tylko ze zwojami uzwojenia jednej strony transformatora.
Rys. 9. Transformator jednofazowy dwuuzwojeniowy  zasada działania [5]
Dla transformatora obowiązują następujące oznaczenia:
N1  liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,
N2  liczba zwojów uzwojenia wtórnego,
U1  napięcie pierwotne (zasilające),
U2  napięcie wtórne,
I1  prąd strony pierwotnej,
I2  prąd strony wtórnej,
E1 = 4,44N1f$m  wartość skuteczna siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu
pierwotnym,
E2 = 4,44N2f$m  wartość skuteczna siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu
wtórnym,
N1
nz =  przekładnia zwojowa (inne spotykane w literaturze oznaczenie przekładni: �z),
N2
U1
nu =  przekładnia napięciowa,
U2
I2
nI =  przekładnia prądowa.
I1
U1 z1 I2
Zależności między różnymi przekładniami: H" H" .
U2 z2 I1
W przypadku transformatora o przekładni napięciowej różnej od jedności (nu `" 1) może
zachodzić sytuacja: U1 < U2 lub U2 < U1. Napięcie o wyższej wartości nazywa się napięciem
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
górnym (UG) a napięcie o wartości niższej  napięciem dolnym (UD). Napięcie pierwotne może
być napięciem górnym lub dolnym. To samo dotyczy napięcia wtórnego, które może być
napięciem dolnym lub górnym.
Jeżeli:
 U1 > U2, to taki transformator jest transformatorem obniżającym,
 U2 > U1, to taki transformator jest transformatorem podwyższającym,
 U1 = U2, 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.
$ - strumień główny skojarzony z uzwojeniami N1 i N2,
$r1  strumień rozproszenia skojarzony z uzwojeniem N1,
$r2  strumień rozproszenia skojarzony z uzwojeniem N2.
Prawie cała moc dostarczona do strony pierwotnej jest oddawana przez stronę wtórną.
Niewielka różnica między tymi mocami pokrywa straty mocy czynnej w transformatorze
i pobieraną moc bierną indukcyjną potrzebną do wytworzenia pola magnetycznego.
Stosunek mocy czynnej oddawanej przez stronę wtórną P2 do moczy czynnej pobieranej
przez transformator P1 nazywa się sprawnością transformatora:
P2 P2
� = lub �% = 100%
P1 P1
4.2.1.2. Stan jałowy transformatora
Stanem jałowym transformatora nazywamy taki stan, w którym strona pierwotna zasilana
jest napięciem znamionowym a strona wtórna nie jest obciążona.
W stanie jałowym transformator pobiera niewielki prąd stanu jałowego Io, równy
(0,03�0,1)IN przy bardzo małym współczynniku mocy cos$o. Moc czynna Po 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 Io, ze względu na małą wartość
tego prądu, jest znikomo mały, tak że dla stanu jałowego z dużą dokładnością można napisać
U1 = E1 = 4,44N1f$m
U2 = E2 = 4,44N2f$m (1)
W równaniach (1) E1 i E2 oznaczają siły elektromotoryczne indukowane tylko przez
strumień główny sprzężony z obydwoma uzwojeniami.
Dzieląc równania (1) stronami otrzymamy związek
U1 N1
= = (2)
U2 N2 u
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
18
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 (Pz = "PCu). Prąd zwarcia transformatora jest ograniczony przez rezystancje
uzwojeń obu stron transformatora Rz oraz reaktancje rozproszeń Xz.
Charakterystyki zwarcia wyznacza się przy obniżonym napięciu zasilania. Zewrzeć należy
uzwojenie dolnego napięcia, a zasilić uzwojenie górnego napięcia i wykonać pomiary napięcia
Uz (rys. 10), prądu pobieranego przez uzwojenie zasilane Iz i mocy Pz przy zmianie napięcia od
wartości równej zero do wartości powodującej przepływ prądu około 1,2IN.
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 IN, nazywa się napięciem zwarcia transformatora. Napięcie zwarcia
w postaci wartości procentowej napięcia znamionowego podaje się na tabliczce znamionowej:
Uz
uz% = �"100% (dla Iz = IN) (3)
UN
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
19
Moc zwarcia Pz pobierana w tym stanie praktycznie w całości pokrywa straty mocy
w uzwojeniach, co pozwala na obliczenie rezystancji zwarcia transformatora
Pz
Rz = (dla U = Uz) (4)
2
IN
Impedancja zwarcia transformatora Zz 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.
Uz
Zz =
IN
Znając rezystancję i impedancję zwarcia wyznacza się reaktancję zwarcia:
2 2
X = Zz - Rz (5)
z
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
20
dla transformatora o danych:
U1 = 230 V,
U2 = 24 V,
SN = 200 VA,
Uz% = 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
Przeprowadz
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:
U10
 przekładnię: nu = ,
U20
gdzie U10 i U20 napięcia strony pierwotnej i wtórnej wstanie jałowym,
 straty w rdzeniu: "PFe = P10 - R1I0 2 H" P10 ,
gdzie P10  moc w stanie jałowym, odczytana z watomierza,
P10
 współczynnik mocy w stanie jałowym: cos = ,
0
U10I0
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
7) wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli:
U1 U02 "PFe nu cosĆ
Lp.
[V] [V] [W] 
1
2
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
22
- autotransformator,
- woltomierz i amperomierz,
- watomierz,
- stanowisko komputerowe z niezbędnym oprogramowaniem,
- zeszyt do ćwiczeń,
- ołówek, linijka, inne przybory kreślarskie.
Ćwiczenie 4
Przeprowadz
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 Robc nastawiać wartość prądu I2 w zakresie (0,2�1,2)I2N, przy czym I2N
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 U1N,
U1N = ...........V, U2N = .........V, I1N = ........A, I2N = ........A
I2 U2 I1 P1 P2 �
[A] [V] [A] [W] [W] 
8) zastosować program komputerowy do uzyskania na podstawie przeprowadzonych
pomiarów charakterystyki U2 = f(I2) i � = f(I2),
9) wykreślić na podstawie uzyskanych wyników charakterystyki U2 = f(I2) i � = f(I2),
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
23
Ćwiczenie 5
Przeprowadz
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
24
4.3. Transformatory małej mocy, transformatory do spawarek
i zgrzewarek
4.3.1. Materiał nauczania
4.3.1.1. Transformatory małej mocy
I. 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 R0 (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 Ios 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
25
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 U1 prąd
płynie przez górną część uzwojenia transformatora, diodę D1 i obciążenie R0. W czasie
ujemnej połówki napięcia prąd płynie przez D2 i obciążenie R0 (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)
b)
a)
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
26
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 Ic.
Rys. 14. Schemat zastępczy transformatora pracującego w szerokim zakresie częstotliwości [8]
b)
a) c)
Rys. 15. Uproszczone schematy zastępcze transformatora pracującego przy [8]:
a) małych, b) średnich, c) wielkich częstotliwościach zasilania
Oznaczenia występujące na rysunkach 14 i 15:
R1, X1  rezystancja i reaktancja uzwojenia pierwotnego,
R2 , X2  rezystancja i reaktancja uzwojenia wtórnego sprowadzone (odniesione) do strony pierwotnej:
R2 = n2"R2, X2 = n2"X2,
X�  reaktancja magnesowania rdzenia transformatora (jest to umowny element zastępczy)
odpowiedzialna za straty bierne w rdzeniu,
RFe  rezystancja, na której powstają straty czynne w rdzeniu transformatora (jest to umowny element
zastępczy, nie reprezentuje żadnego rzeczywistego rezystora),
Xc  reaktancja pojemnościowa wynikająca z istnienia pojemności międzyzwojowej,
U1  napięcie zasilania transformatora,
U2  napięcie występujące na zaciskach strony wtórnej sprowadzone (odniesione) do strony
pierwotnej:
U2 = n"U2.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
Transformatory pracujące w 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
28
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
29
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
30
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
31
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 z
ródła 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 Io),
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
32
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 = 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
U1 N1
=
U2 N2
gdzie: U1  napięcie pierwotne,
U2  napięcie wtórne,
N1  liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,
N2  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 N2. 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
tg
� = �"100%
tc
gdzie: �  względny czas pracy,
tg  czas główny pracy, czyli czas przepływu prądu przez elektrody,
tc  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
33
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
� = 30% i dla � = 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
� = 100%. Znając znamionową moc zgrzewarki przy względnym czasie pracy, można obliczyć
moc znamionową dla innego czasu pracy wg wzoru:
�1
P2 = P1 �"
�2
gdzie: P1  moc zgrzewarki przy względnym czasie pracy �1 w kVA,
P2  moc zgrzewarki przy względnym czasie pracy �2 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
34
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
35
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
36
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 Niektóre sposoby wykrywania
Możliwe przyczyny
uszkodzenia i usuwania usterek
1. Silne grzanie  nadmierne obciążenie sprawdzić wskazania amperomierzy,
się czy obciążenie jest symetryczne,
a w przypadku asymetrii,
czy w dopuszczalnych granicach,
 zwarcie w zwojach albo między zbadać uzwojenia i czynne elementy
blachami lub prądy pasożytnicze żelazne
 luz
ne połączenie śrub sprawdzić wskazania przyrządów,
2. Nienormalne
 rozluz
nienie połączenia jarzma sprawdzić, czy brzęczenie występuje
brzęczenie
z kolumnami również w stanie jałowym,
 drgania skrajnych blach rdzenia sprawdzić dokręcenie śrub na
zewnątrz kadzi,
 zbyt luz
ne osadzenie uzwojeń na
jeżeli po ewentualnym dokręceniu
rdzeniu
śrub, zmianie obciążenia lub napięcia
 praca przy podwyższonym
brzęczenie nadal występuje 
napięciu
sprawdzić przyczyny po demontażu
3. Szmery  statyczne wyładowania i przeskoki skontrolować stan izolacji
wewnątrz
transformatora
 przepięcia i wyładowania
4. Trzaski sprawdzić stan izolacji
powierzchniowe do obudowy
wewnątrz
transformatora
 przerwa w uziemieniu
sprawdzić połączenia stali czynnej
z obudową transformatora
 przepięcie atmosferyczne
5. Przebicie skontrolować stan izolacji uzwojeń,
lub łączeniowe
izolacji po demontażu sprecyzować
 naturalne zużycie izolacji
uzwojeń przyczynę i dokonać remontu
 zwarcie wewnętrzne
lub zewnętrzne
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
37
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 �) ewentualnie
Wheatstone'a (powyżej 1 �). 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:
R1
n =
R2
Przed odłączeniem z
ródła napięcia stałego, przyłączonego do uzwojenia w celach
pomiarowych, należy pamiętać o dołączeniu równolegle do uzwojenia rezystora,
pozwalającego na rozładowanie energii pola magnetycznego i uniknięcie groz
nego 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. A
ącząc po jednym zacisku uzwojenia GN i DN
(rys. 23) mierzy się napięcie U2 między wolnymi zaciskami tych uzwojeń.
Jeżeli napięcie U2 jest większe od napięcia zasilania U1, 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
38
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 "PFe i parametry gałęzi poprzecznej schematu zastępczego.
Pomiary w stanie zwarcia
Pomiary w stanie zwarcia pozwalają na określenie:
 napięcia zwarcia,
 strat w uzwojeniach "PCu,
 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 R60/R15 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
39
 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 ą0,05 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
40
 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 105�C.
 Sprawdzić czy po 3�4 godzinach temperatura pracy suszarki osiągnęła 105�C ą5�C.
 W wypadku spadku temperatury poniżej 100�C (brak zasilania) czas suszenia należy
przedłużyć o tyle godzin, ile temperatura była poniżej 100�C.
 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
41
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 bądz
mechanicznych uzwojeń lub rdzenia. Brak widocznych
uszkodzeń, a także pozytywny wynik wstępnie zmierzonej rezystancji izolacji uzwojeń (min.
20 M� 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 PN-81/E-04070.03 20 M�
1.
uzwojeń GN, DN
Pomiar przekładni PN-81/E-04070.06 PN-83/E-06040 pkt. 12.8
2.
transformatora
Pomiar rezystancji uzwojeń PN-81/E-04070.05 PN-83/E-06040 pkt. 12.8
4.
GN i DN
5. Pomiar prądu i strat PN-81/E-04070.08 PN-83/E-06040 pkt.12.8
w stanie jałowym Przeprowadzenie pomiaru
tylko przy napięciu
bezpiecznym dla izolacji
transformatora
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
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 Riz > 200 M� przy 1000 V strony GN i DN
względem rdzenia,
 stan izolacji jarzmowych Riz > 50 M� 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 Riz e" 200 M� przy napięciu 2,5 kV.
b) Pomiar wskaz
nika wysuszenia (absorpcji): Riz.60/Riz.15. Wymagana wartość wskaz
nika
min. 1,54.
c) Pomiar stanu izolacji śrub jarzmowych. Wartość min. 50 M� 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
43
b) Pomiary:
 stan izolacji obwodu elektrycznego Riz > 200 M� przy 1000 V strony GN i DN
względem rdzenia,
 stan izolacji jarzmowych Riz > 50 M� 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 wskaz
nika PN-81/E-04070.03 Riz e"1000 M�;
1.
izolacji R60/R15 R60/R15 e" 1,45
Próba wytrzymałości elektrycznej PN-EN-60076-3 PN-92/E-04060
2.
Próba wytrzymałości izolacji zwojowej PN-EN-60076-3 PN-EN-60076-3
3.
Pomiar rezystancji uzwojeń PN-81/E-04070.05 PN-83/E-06040
4.
pkt. 12.8
Pomiar przekładni i sprawdzenie grupy PN-81/E-04070.06 PN-83/E-06040
5.
połączeń PN-81/E-04070.07 pkt. 7.1 i pkt. 12.8;
PN-EN-60076.1
Próba stanu jałowego PN-81/E-04070.08 PN-83/E-06040
6.
Pomiar strat i prądu stanu jałowego pkt. 12.8
Próba stanu zwarcia pomiarowego PN-81/E-04070.09 PN-83/E-06040
7.
Próba załączenia do sieci Bezpośrednie Bez objawów
8.
załączenie w stanie uszkodzeń
jałowym
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
44
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
45
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
46
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
47
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
48
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
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 odpowiedz
, wstawiając literę X w odpowiednim
miejscu na karcie odpowiedzi.
8. W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedz
kółkiem, a następnie literą X zaznacz
odpowiedz
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  przejdz

do następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi, możesz wrócić póz
niej.
13. Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.
14. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
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
49
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) luz
ne 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 M�,
b) 100 M�,
c) 200 M�.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
50
14. W transformatorze jednofazowym o danych, U1 = 230 V, U2 = 24 V N1 = 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
51
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko ........................................................................................................................
Montaż i wykonywanie napraw transformatorów małej mocy,
transformatorów do spawarek i zgrzewarek
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1 a b c
2 a b c
3 a b c
4 a b c
5 a b c
6 a b c
7 a b c
8 a b c
9 a b c
10 a b c
11 a b c
12 a b c
13 a b c
14 a b c
15 a b c
16 a b c
17 a b c
18 a b c
19 a b c
20 a b c
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
52
6. LITERATURA
1. Chwaleba A.: Elektronika. WSiP, Warszawa 2000.
2. Goz
lińska E.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 1998.
3. Hillary J., Jarmoszuk S.: Spawalnictwo. WSiP, Warszawa 1997.
4. Instrukcje Technologiczne. ZELTECH-ME Spółka z o.o., A
ódz
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., A
ódz
2005.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
53