2tom080

Transformatory

prof. zw. dr hab. inż. Michał Jabłoński doc. dr inż. Jerzy Kulikowski

4.1. Wprowadzenie

Transformator — urządzenie statyczne, które dziata na zasadzie indukcji elektromagnetycznej i jest przeznaczone do przetwarzania układu napięć i prądów przemiennych na jeden lub kilka układów napięć i prądów o innych na ogół wartościach, lecz o tej samej częstotliwości.

Transformatorem energetycznym nazywa się transformator przeznaczony do przetwarzania energii elektrycznej o określonym napięciu na energię elektryczną o innym lub takim samym napięciu.

Rozróżnia się dwa podstawowe rozwiązania konstrukcyjne transformatorów:

—    transformator olejowy, którego rdzeń wraz z uzwojeniami jest zanurzony w zamkniętej pokrywą kadzi stalowej z olejem mineralnym lub syntetycznym stanowiącym element izolacyjny i chłodzący;

—    transformator suchy z uzwojeniami oraz z rdzeniem znajdującym się w powietrzu lub w zalewie żywicznej, stosowany do mniejszych mocy i niektórych zastosowań specjalnych (p. 4.15).

Uzwojenia transformatorów są zakończone zaciskami umieszczonymi na izolatorach. W transformatorze olejowym końcówki uzwojeń wyprowadza się na zewnątrz przez izolatory przepustowe.

4.2. Zasada budowy i podstawowe prawa działania transformatora

4.2.1. Elementy czynne

Transformator zawiera dwa różne rodzaje obwodów: obwód magnetyczny (rdzeń) i obwód elektryczny (uzwojenia). Rdzeń jest składany lub czasem zwijany z blach transformatorowych (tabl. 4.1), niemal wyłącznie anizotropowych. Blachy nowej generacji — amorficzne, zwane szkłem metalicznym (tabl. 4.2) — przewiduje się w przyszłości do

Tablica 4.1. Właściwości blach anizotropowych transformatorowych wyżarzonych w temperaturze 800“C

Producent (kraj)	Rodzaj	Grubość mm	Stratność, W/kg przy BmyT (/= 50 Hz)						Magnesowalność Bm, T przy IIm, A/m
			1 0^!	0 90	1 0^1’	5 90°	1 0°	7 90°	3( 0°	X) 90"	8( 0°	X) 90°	10 0°	00 90°	25 0°	00 90°	50 0"	00 90
Huta BOCHNIA (Polska)	ET 3 ET 4 ET 5	0,28 0,30 0,30	0,35 0,39 0,42	1,32 1,50 1,38	0,84 0,89 0,98	2,95 3.2-1 3.60	1,23 1,30 1,40	-	1.75 1.76 1,70	1.25 1.26 1.24	1.83 1.83 1,80	1.37 1.38 1,36	1.85 1.86 1,83	1.38 1,40 1.39	1,92 1,94 1.90	1,44 1,48 1,47	1.97 1.98 1.97	1.56 1.56 1.56
SURA (Szwecja)	M 4 M 5 M 6	0,28 0,30 0,35	0,37 0,40 0,45	1,68 1,70 1.72	0,85 0,92 1.01	3,75 3,80 1.90	121 1,32 1,42	4.85 4,90 33X1	1,79 1,78 1,77	1.30 1.30 1.30	1,88 1,86 1,84	1.38 1.38 1.38	1,90 1,88 1,86	1.40 1.40 1.40	1.95 1.95 1,94	1.48 1.48 1.48	1.99 1.99 1.99	1.58 1.58 1.58
KAWASAKI Steel Corp. (Japonia)	RG 8H RG 9H	0,30 0,35	0,35 0.45	1,67 1,90	0,78 0.97	3,75 3.95	1,05 1,30	4,27 4.50	1,85 1,84	1,22 1.21	1,91 1,90	1,37 1,36	1,93 1,92	1,39 1,38	1.96 1.96	1.45 1.45	1.99 1.99	1.54 1.54

362 MPa    Współczynnik    wypełnienia    0,97

325 MPa    Rczystywność    45e-48-10    ⁸ fł-m

109-10^ftMPa    Ciepło właściwe    490J/(kg-K)

7,65-10' kg/m³    Współczynnik    przejmowania

ciepła przez olej (pionowo) 100 W/|ni^; • K.)

budowy rdzeni mniejszych transformatorów. Obecnie, blachy te są jeszcze zbyt kosztowne i trudne w obróbce (kruche i twarde).

Transformatory i ich rdzenie są jedno- i wielofazowe; w układach energetycznych na ogól są trójfazowe, trój- lub pięciokolumnowe (rys. 4.1). Przy bardzo wielkich mocach stosuje się również jednostki jednofazowe tworzące układ trójfazowy.

Sposób łączenia, czyli zaplatania blach kolumn i jarzm, pokazano przykładowo na rys. 4.2. Przy zaplataniu ręcznym liczba blach w pakiecie nic powinna przekraczać 3; przy zaplataniu automatycznym — może wynosić 1. Staranność zaplatania i liczba blach w pakiecie wpływa na prąd jałowy oraz straty jałowe (p. 4.4.1).

Iablica 4.2. Właściwości blachy amorficznej transformatorowej firmy METGLAS Alloys, gatunku Alloy 2605 S-2, wygrzanej w temperaturze 450°C

B, T		0,1	0,2	0,4	0,6	0.8	1,0	1,2	1.4	1,5
Ap. W/kg	60 Hz	0,0035	0,010	0,026	0,045	0,070	0,10	0,14	0,22	0,28
	50 Hz	0,0028	0,008	0,021	0,036	0,056	0,08	0,11	0,17	0,22
H, A/m	prąd stały	0,84	1.00	1,10	1,18	1,26	1,35	1,6	5,6	80,0

7,18-10³ kgdn³

Współczynnik wypełnienia"

Rczystywność

Współczynnik magnctostrykcji przy nasyceniu Temperatura krystalizacji Temperatura Curie

°^rub°ść    »30pm

»W6 roli - od ok. 5 do ok. 300 mm wg zamówienia odbiorcy Według aktualnych informacji producenta.

13010 "fl-m 27-10~⁸ 550°C 4I5°C 25 30 pm

Uzwojenia umieszczone na kolumnach roboczych są skojarzone ze strumieniem magnetycznym swych kolumn. Transformatory buduje się jako dwuuzwojeniowe lub wielo-, zwykle trójuzwojeniowe (p. 4.7), oraz autotransformatory (p. 4.8). Stosuje się dwa Podstawowe rozwiązania konstrukcyjne uzwojeń: cylindryczne i krążkowe (rys. 4.3).

u*

Wytrzymałość na rozciąganie (średnia)¹' Granica plastyczności"

Moduł Younga"

Gęstość

" Wzdłuż kierunku walcowania.