Transzformátor tekercsek és transzformátor szigetelés

A transzformátortekercsek a transzformátor áramköri alkatrészei, és az elektromágneses energiaátalakítás központi részei. Szigetelt vezetékekből (általában rézből vagy alumíniumból) készülnek, amelyeket meghatározott minta szerint tekercselnek, és az elektromágneses indukció elvén keresztül továbbítják az energiát.

1. Főbb funkciók

• Mágneses tér létrehozása: Ha a primer tekercset váltakozó árammal látják el, akkor váltakozó mágneses tér jön létre.
• Elektromotoros erő indukálása: Ez a váltakozó mágneses tér áthalad a szekunder tekercsen, és elektromotoros erőt (feszültséget) indukál a szekunder tekercsben.
• Feszültségváltás: A primer és szekunder tekercsek fordulatszámának beállításával a feszültség növelhető vagy csökkenthető.

2. A tekercsek típusai (feszültségszint és relatív helyzet szerint osztályozva)

• Magas-feszültségű tekercselés: Magasabb feszültségnek ellenálló tekercs. Általában kisebb a vezeték keresztmetszete- (mivel az áram viszonylag kicsi), de nagy szigetelést igényel.
• Alacsony-feszültségű tekercselés: Alacsonyabb feszültségnek ellenálló tekercs. Általában nagyobb a vezeték keresztmetszete- (mivel az áram viszonylag nagy), és viszonylag alacsonyabb a szigetelési igénye.

Szerkezetileg, a magon való elrendezésük alapján, főként két típusra oszthatók:

(1) Koncentrikus tekercselés:

• Szerkezet: A nagy-- és kisfeszültségű-tekercseket különböző átmérőjű henger alakúra tekercseljük, és koncentrikusan helyezzük el a magszáron.
• Általános elrendezés: A szigetelés megkönnyítése érdekében a kisfeszültségű{0}}tekercset általában belülre (közelebb a maghoz), a nagyfeszültségű{1}}tekercset pedig kívülre helyezik. Ennek az az oka, hogy a kisfeszültségű tekercs és a (földelt) mag közötti szigetelés könnyebben kezelhető.
• Alkalmazás: A legtöbb transzformátor (különösen a nagyobb kapacitásúak) ezt a szerkezetet használja. A gyártási folyamat viszonylag egyszerű, a szerkezet pedig robusztus.

(2) Átlapolt tekercselés:

• Szerkezet: Mind a nagy-, mind a kisfeszültségű-tekercseket tárcsa alakúra készítik, és felváltva helyezik egymásra a magszár magassága mentén.
• Előnyök: Csökkentett szivárgási fluxus a tekercsek között, nagy mechanikai szilárdság és erős rövidzár{0}}ellenállás.
• Alkalmazás: Főleg speciális transzformátorokhoz, például elektromos kemence transzformátorokhoz és hegesztő transzformátorokhoz használják, amelyeknek nagy elektromágneses erőknek kell ellenállniuk.

3. A tekercsekkel szemben támasztott főbb követelmények
Elektromos teljesítmény: Ellen kell állnia a hosszú{0}} üzemi feszültségnek és a tranziens túlfeszültségnek (például villámcsapásnak).
Mechanikai teljesítmény: A szerkezetnek elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy deformáció nélkül ellenálljon a rövidzárlat során keletkező hatalmas elektromágneses erőknek.
Hőteljesítmény: Jó hőelvezetéssel kell rendelkeznie, hogy a hőmérséklet-emelkedés hosszú távú terhelés mellett ne haladja meg a határértéket.
A folyamat teljesítménye: A tekercselési folyamatnak egyszerűnek, gazdaságosnak és megbízhatónak kell lennie.

Ez az anyagrendszer, amely elválasztja egymástól a tekercs különböző részeit, és elválasztja a tekercset a földelt részektől (például a magtól és az olajtartálytól). Ez a transzformátor nem-áramköri része, de meghatározza a transzformátor biztonságát és élettartamát.
1. Főbb funkciók

• Potenciálleválasztás: Megbízhatóan elválasztja a különböző potenciállal rendelkező vezető részeket (például a nagy- és kisfeszültségű tekercseket, valamint a tekercselést a magról), hogy megakadályozza a rövidzárlatokat.
• Hőelvezető csatorna: A szigetelő anyagok (például transzformátorolaj) gyakran szolgálnak hűtőközegként, átadva a tekercs és a mag által termelt hőt.
• Mechanikai támogatás: A szigetelő anyagok (például szigetelőlap) szintén segítik a tekercsek rögzítését és alátámasztását.

2. Szigetelés besorolása (hely és funkció szerint)
A transzformátor szigetelési rendszere általában két fő kategóriába sorolható:

• Belső szigetelés: A transzformátor olajtartályában található, nem érintkezik közvetlenül a külső levegővel.
• Fő szigetelés: A tekercsek és a földelt részek (például a mag és az olajtartály), valamint a különböző feszültségszintű tekercsek közötti szigetelésre utal (például a nagy{0}}feszültségű és az alacsony{1}}feszültségű tekercsek között). Ez a transzformátor szigetelőrendszer magja, és meghatározza a transzformátor feszültségszintjét.
• Hosszirányú szigetelés: Ugyanazon a tekercselésen belüli szigetelésre vonatkozik, például a menetek közötti szigetelésre (fordulat-a-fordulat szigetelésére), a tekercsrétegek közötti szigetelésre (réteg-a-rétegre) és a tekercsszakaszok közötti szigetelésre (szakasz---szigetelés).
• Külső szigetelés: A transzformátoron kívüli levegőnek kitett szigetelőrészekre vonatkozik, főleg a perselyek tetején lévő szigetelésre (az olajtartályon kívül). Szigetelési szilárdsága elsősorban a légviszonyoktól és a kúszótávolságtól függ.

3. Főbb szigetelőanyagok
A transzformátorok (különösen az olaj{0}}bemerült transzformátorok) szigetelése összetett rendszer. A gyakori anyagok a következők:
(1) Folyékony szigetelőanyagok:

• Ásványi transzformátorolaj: A leggyakrabban használt. Funkciói a következők: szigetelés (sokkal nagyobb dielektromos szilárdság, mint a levegő), hőelvezetés (konvekció révén eltávolítja a hőt), védelem (oxigén izolálása, késlelteti az anyag öregedését).
• Szintetikus vagy természetes észter szigetelőolaj: Például szilikonolaj vagy növényi szigetelőolaj, amelyet általában olyan helyeken használnak, ahol magas tűzállósági követelmények vannak.

(2) Szilárd szigetelőanyagok:

• Szigetelőpapír, szigetelőlap: Fordulatos szigeteléshez, rétegszigeteléshez, tekercsek közötti elválasztókhoz és szigetelőhengerekhez használják. Az olaj-papír kompozit szigetelőrendszer a legklasszikusabb és legmegbízhatóbb transzformátorszigetelés.
• Epoxigyanta: Széles körben használják száraz{0}}típusú transzformátorokban, öntéssel szilárd általános szigetelést képezve.
• NOMEX® papír: Nagy -teljesítményű aromás poliamid papír, nagy hőállósággal, amelyet általában száraz-típusú vagy speciális transzformátorokban használnak.

A transzformátortekercsek az elektromágneses energiaátalakítás elérésének „áramköri csatornái”, míg a transzformátor szigetelése a „védelmi rendszer”, amely biztonságosan választja el a különböző potenciállal rendelkező alkatrészeket; a szigetelés a tekercsek „páncéljaként” működik, biztonságos működést biztosítva normál működésükhöz, és megakadályozza a rövidzárlati baleseteket-. A kettő kiegészíti egymást, és együtt határozza meg a transzformátor teljesítményét, feszültségszintjét és működési megbízhatóságát.