Περιελίξεις μετασχηματιστή και μόνωση μετασχηματιστή

Οι περιελίξεις του μετασχηματιστή είναι τα στοιχεία του κυκλώματος ενός μετασχηματιστή και είναι τα βασικά μέρη για τη μετατροπή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Είναι κατασκευασμένα από μονωμένα σύρματα (συνήθως χαλκού ή αλουμινίου) τυλιγμένα σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο σχέδιο και μεταδίδουν ενέργεια μέσω της αρχής της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

1. Κύριες Λειτουργίες

• Δημιουργία μαγνητικού πεδίου: Όταν το πρωτεύον τύλιγμα τροφοδοτείται με εναλλασσόμενο ρεύμα, δημιουργείται ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο.
• Επαγωγή ηλεκτροκινητικής δύναμης: Αυτό το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο διέρχεται από τη δευτερεύουσα περιέλιξη, προκαλώντας ηλεκτροκινητική δύναμη (τάση) στη δευτερεύουσα περιέλιξη.
• Αλλαγή τάσης: Ρυθμίζοντας την αναλογία στροφών του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος τυλίγματος, η τάση μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί.

2. Τύποι περιελίξεων (ταξινομημένα ανά επίπεδο τάσης και σχετική θέση)

• Περιέλιξη υψηλής-τάσης: Περιέλιξη που αντέχει σε υψηλότερη τάση. Συνήθως έχει μικρότερη διατομή-του σύρματος (καθώς το ρεύμα είναι σχετικά μικρό), αλλά απαιτεί υψηλή μόνωση.
• Περιέλιξη χαμηλής-τάσης: Περιέλιξη που αντέχει σε χαμηλότερη τάση. Συνήθως έχει μεγαλύτερη διατομή-του σύρματος (καθώς το ρεύμα είναι σχετικά μεγάλο) και έχει σχετικά χαμηλότερες απαιτήσεις μόνωσης.

Δομικά, με βάση τη διάταξή τους στον πυρήνα, χωρίζονται κυρίως σε δύο τύπους:

(1) Ομόκεντρη περιέλιξη:

• Δομή: Οι περιελίξεις υψηλής-και χαμηλής-τάσης τυλίγονται σε κυλινδρικά σχήματα διαφορετικών διαμέτρων και τοποθετούνται ομόκεντρα στο άκρο του πυρήνα.
• Κοινή διάταξη: Για να διευκολυνθεί η μόνωση, το τύλιγμα χαμηλής-τάσης συνήθως τοποθετείται στο εσωτερικό (πιο κοντά στον πυρήνα) και το τύλιγμα υψηλής-τάσης στο εξωτερικό. Αυτό συμβαίνει επειδή η μόνωση μεταξύ της περιέλιξης χαμηλής-τάσης και του πυρήνα (γειωμένος) είναι ευκολότερος στη χρήση.
• Εφαρμογή: Οι περισσότεροι μετασχηματιστές ισχύος (ειδικά αυτοί με μεγαλύτερη χωρητικότητα) χρησιμοποιούν αυτή τη δομή. Η διαδικασία κατασκευής είναι σχετικά απλή και η δομή είναι στιβαρή.

(2)Εμπλεγμένη περιέλιξη:

• Δομή: Και οι περιελίξεις υψηλής-και χαμηλής-τάσης γίνονται σε σχήματα δίσκου και στοιβάζονται εναλλάξ κατά μήκος του ύψους του άκρου του πυρήνα.
• Πλεονεκτήματα: Μειωμένη ροή διαρροής μεταξύ των περιελίξεων, υψηλή μηχανική αντοχή και ισχυρή αντίσταση βραχυκυκλώματος-.
• Εφαρμογή: Χρησιμοποιείται κυρίως για ειδικούς μετασχηματιστές, όπως μετασχηματιστές ηλεκτρικών κλιβάνων και μετασχηματιστές συγκόλλησης, οι οποίοι πρέπει να αντέχουν μεγάλες ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις.

3. Βασικές Απαιτήσεις για Περιελίξεις
Ηλεκτρική απόδοση: Πρέπει να αντέχει τη μακροπρόθεσμη-τάση λειτουργίας και την παροδική υπέρταση (όπως κεραυνούς).
Μηχανική απόδοση: Η κατασκευή πρέπει να είναι αρκετά ισχυρή ώστε να αντέχει τις τεράστιες ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων χωρίς παραμόρφωση.
Θερμική απόδοση: Θα πρέπει να έχει καλή απαγωγή θερμότητας για να διασφαλίζεται ότι η αύξηση της θερμοκρασίας υπό μακροπρόθεσμο φορτίο-δεν υπερβαίνει το όριο.
Απόδοση διαδικασίας: Η διαδικασία περιέλιξης πρέπει να είναι απλή, οικονομική και αξιόπιστη.

Είναι το σύστημα υλικών που απομονώνει διαφορετικά μέρη της περιέλιξης μεταξύ τους και διαχωρίζει την περιέλιξη από τα γειωμένα μέρη (όπως ο πυρήνας και η δεξαμενή λαδιού). Είναι ένα μη κυκλωματικό μέρος του μετασχηματιστή, αλλά καθορίζει την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής του μετασχηματιστή.
1. Κύριες Λειτουργίες

• Απομόνωση δυναμικού: Διαχωρίζει αξιόπιστα αγώγιμα μέρη με διαφορετικά δυναμικά (όπως περιελίξεις υψηλής και χαμηλής τάσης και περιέλιξη από τον πυρήνα) για την αποφυγή βραχυκυκλωμάτων.
• Κανάλι απαγωγής θερμότητας: Τα μονωτικά υλικά (όπως το λάδι μετασχηματιστή) χρησιμεύουν συχνά ως μέσα ψύξης, μεταφέροντας τη θερμότητα που παράγεται από την περιέλιξη και τον πυρήνα.
• Μηχανική υποστήριξη: Τα μονωτικά υλικά (όπως η μονωτική σανίδα) βοηθούν επίσης στη στερέωση και στήριξη των περιελίξεων.

2. Ταξινόμηση μόνωσης (κατά θέση και λειτουργία)
Το σύστημα μόνωσης μετασχηματιστή χωρίζεται συνήθως σε δύο κύριες κατηγορίες:

• Εσωτερική μόνωση: Βρίσκεται μέσα στη δεξαμενή λαδιού του μετασχηματιστή, χωρίς άμεση επαφή με τον εξωτερικό αέρα.
• Κύρια μόνωση: Αναφέρεται στη μόνωση μεταξύ περιελίξεων και γειωμένων τμημάτων (όπως ο πυρήνας και η δεξαμενή λαδιού) και μεταξύ περιελίξεων διαφορετικών επιπέδων τάσης (όπως μεταξύ περιελίξεων υψηλής-τάσης και χαμηλής-τάσης). Αυτός είναι ο πυρήνας του συστήματος μόνωσης του μετασχηματιστή και καθορίζει το επίπεδο τάσης του μετασχηματιστή.
• Διαμήκης μόνωση: Αναφέρεται σε μόνωση εντός της ίδιας περιέλιξης, όπως μόνωση μεταξύ στροφών (στροφή-προς-μόνωση περιστροφής), μεταξύ στρωμάτων περιέλιξης (στρώμα-σε{3}}μόνωση στρώσης) και μεταξύ τμημάτων περιέλιξης (τμήμα-προς{5}}).
• Εξωτερική μόνωση: Αναφέρεται σε μέρη μόνωσης που εκτίθενται στον αέρα έξω από τον μετασχηματιστή, κυρίως τη μόνωση στην κορυφή των δακτυλίων (έξω από τη δεξαμενή λαδιού). Η αντοχή της μόνωσης εξαρτάται κυρίως από τις συνθήκες αέρα και την απόσταση ερπυσμού.

3. Κύρια Μονωτικά Υλικά
Η μόνωση των μετασχηματιστών (ειδικά των μετασχηματιστών-βυθισμένων σε λάδι) είναι ένα σύνθετο σύστημα. Τα κοινά υλικά περιλαμβάνουν:
(1) Υγρά μονωτικά υλικά:

• Mineral Transformer Oil: Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο. Οι λειτουργίες περιλαμβάνουν: μόνωση (πολύ υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή από τον αέρα), απαγωγή θερμότητας (αφαιρεί τη θερμότητα μέσω μεταφοράς), προστασία (απομονώνει το οξυγόνο, καθυστερεί τη γήρανση του υλικού).
• Συνθετικό ή φυσικό μονωτικό λάδι εστέρα: Όπως λάδι σιλικόνης ή φυτικό μονωτικό λάδι, που χρησιμοποιείται συνήθως σε χώρους με υψηλές απαιτήσεις πυραντίστασης.

(2)Στερεά μονωτικά υλικά:

• Μονωτικό χαρτί, μονωτική σανίδα: Χρησιμοποιείται για μόνωση περιστροφής, μόνωση στρώματος, διαχωριστές μεταξύ περιελίξεων και μονωτικούς κυλίνδρους. Το σύστημα μόνωσης από σύνθετο χαρτί λαδιού-είναι ο πιο κλασικός και αξιόπιστος τύπος μόνωσης μετασχηματιστή.
• Εποξειδική ρητίνη: Χρησιμοποιείται ευρέως σε μετασχηματιστές ξηρού-τύπου, σχηματίζοντας μια σταθερή συνολική μόνωση μέσω της χύτευσης.
• Χαρτί NOMEX®: Αρωματικό χαρτί πολυαμιδίου υψηλής απόδοσης{{0}με υψηλή θερμική αντοχή, που χρησιμοποιείται συνήθως σε ξηρούς-τύπους ή σε ειδικούς μετασχηματιστές.

Οι περιελίξεις του μετασχηματιστή είναι τα «κανάλια κυκλώματος» για την επίτευξη της μετατροπής ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, ενώ η μόνωση του μετασχηματιστή είναι το «σύστημα προστασίας» που διαχωρίζει με ασφάλεια εξαρτήματα με διαφορετικά δυναμικά. Η μόνωση λειτουργεί ως «θωράκιση» για τις περιελίξεις, παρέχοντας ασφάλεια για την κανονική λειτουργία τους και αποτρέποντας ατυχήματα βραχυκυκλώματος-. Τα δύο αλληλοσυμπληρώνονται και μαζί καθορίζουν την απόδοση, το επίπεδο τάσης και την λειτουργική αξιοπιστία του μετασχηματιστή.