Transformatory specjalne

Przeznaczenie i budowa

Transformatorowy układ Scotta składa się z dwóch jednofazowych połączonych transformatorów. Uzwojenia transformatorów skojarzone są w sposób zapewniający ich równomierne obciążenie. Transformatorowy układ Scotta umożliwia zasilanie jednofazowych odbiorników dużej mocy z sieci trójfazowej przy zachowaniu symetrycznego obciążenia sieci. Po uzgodnieniu transformatory w układzie Scotta typu 3TTH mogą zostać dostarczone w obudowach o stopniu ochrony IP 23, IP 44 oraz IP 54 z wyprowadzeniem kabli zasilających poprzez dławnice.

Szczegóły...

Transformatory specjalne

Zasilanie, napędy, systemy sterowania i kontroli procesów przemysłowych najczęściej realizowane są w technologii elektrycznej. Synchronizacja parametrów energii elektrycznej do potrzeb maszyn i procesów technologicznych uzyskiwana jest poprzez zastosowanie transformatorów w specjalnych wykonaniach i o różnych konstrukcjach. Firma TRAFECO projektuje i dostarcza transformatory o parametrach i konstrukcji dostosowanych do specjalnych wymagań klientów Transformatory dla energoelektroniki znajdują zastosowania w wielu układach przekształtnikowych, umożliwiając swobodne kształtowanie parametrów zasilania zgodnie z wymaganiami procesów przemysłowych. Istotnymi elementami wielu układów energoelektronicznych są transformatory w specjalnym przekształtnikowym, niskostratnym wykonaniu. Specyfika układów energoelektronicznych obejmuje wysokie częstotliwości, odkształcenie przebiegu napięcia i prądu wywołuje w transformatorach intensywne straty dodatkowe o podłożu histerezowym i wiroprądowym. Konstrukcja transformatorów przekształtnikowych musi uwzględniać te oddziaływania i minimalizować ich skutki. Transformatory przekształtnikowe są bardzo szeroką grupą urządzeń, w których można znaleźć zarówno niewielkie transformatory jednofazowe, jak i wielopulsowe transformatory o dużej mocy. Zasilacz impulsowy typu push-pull jest jednym z typów zasilacza prądu stałego. Pierwotne napięcie zasilające podawane jest na tranzystorowy mostek przerywacza. Pary tranzystorów kluczowane naprzemiennie, najczęściej ze znaczną częstotliwością, zasilają transformator napięciem o przebiegu prostokątnym. Poprzez zmianę długości czasu załączenia tranzystorów steruje się wartością sygnału podawanego na transformator. Transformator jest elementem przetwarzającym i dopasowującym poziom napięcia i prądu, które następnie jest prostowane. Na wyjściu diodowego mostka umieszczony jest indukcyjny lub indukcyjno-pojemnościowy filtr, który zapewnia wygładzenie przebiegu wyjściowego. Konwertery typu push-pull projektowane są do zasilania odbiorników dużych mocy. Transformatory pracujące w obwodach impulsowych narażone są na oddziaływanie czynników wywołujących straty dodatkowe. Uzwojenia transformatorów należy projektować, przewidując występowanie efektu naskórkowości, czyli wzrostu rezystancji uzwojenia dla prądów o wyższej częstotliwości, co w konsekwencji powoduje większe straty. W rdzeniu transformatora decydujący udział mają straty histerezowe oraz wiroprądowe. W celu ich ograniczenia do budowy rdzeni stosuje się nowoczesne niskostratne magnetyki. VITROPERM 500F jest materiałem nanokrystalicznym otrzymanym poprzez kontrolowaną obróbkę termiczną stopu amorficznego na bazie żelaza. Jego stop charakteryzuje się wąską pętlą histerezy magnetycznej oraz dużą rezystywnością, która skutecznie ogranicza prądy wirowe. Znając odpowiednią konfigurację układu konwertera (np. full bridge) i optymalną częstotliwość pracy układu, w TRAFECO jesteśmy w stanie dobrać optymalny materiał magnetyczny, z którego zbudujemy rdzeń transformatora. Materiał nanokrystaliczny na bazie żelaza VITROPERM 500F jest magnetykiem stworzonym z myślą o zastosowaniach energoelektronicznych. Producent rdzeni transformatorowych podaje optymalne, preferowane dla tego materiału, wartości częstotliwości, gęstości strumienia magnetycznego oraz współczynnika kształtu napięcia zasilającego transformator. Kolejnym etapem ważnym dla prawidłowej pracy transformatora jest wyznaczenie optymalnej indukcji w rdzeniu Bopt oraz optymalnej gęstości prądu w uzwojeniach Sopt. Wielkości te określa się dla wybranego rdzenia, gdy można już określić masę mfe, rezystancję termiczną Rth i starty mocy Po wyznaczone przy preferowanych warunkach pracy. Na tym etapie robimy również założenia, co do częstotliwości i kształtu napięcia zasilającego. Projektując uzwojenia należy wstępnie do obliczeń założyć wartość prądu Icu oraz rezystywność materiału, z którego zostanie ono wykonane. Ważne jest również pole przekroju uzwojenia Acu dobrane tak by przy optymalnej gęstości prądu przyrost temperatury uzwojeń nie przekroczył dopuszczalnej wartości. Znając wartości optymalnej indukcji w rdzeniu i gęstości prądu w uzwojeniach można określić wartość mocy transformowanej Pmax przy częstotliwości f napięcia zasilającego. Ilość zwojów uzwojenia pierwotnego NP dobieramy tak, by napięcie zasilające UE, wywoływało indukcję magnetyczną w rdzeniu nie większą niż wartość indukcji optymalnej Bopt. Zwoje wtórne NS wyznacza się w powiązaniu z wartością wyjściowego napięcia stałego UA. Kiedy parametry uzwojeń zostaną wyznaczone, trzeba wykonać obliczenia kontrolne, które pozwolą sprawdzić, czy uzwojenia mieszczą się w oknie rdzenia, biorąc pod uwagę również ewentualne materiały izolacyjne

Galwanizacja a transformatory

Trójfazowe prostowniki znajdują wiele zastosowań przemysłowych. Ze względu na stosunkowo prostą budowę i dobre parametry użytkowe w procesach technologicznych galwanizacji szeroko rozpowszechnione są prostowniki sześciopulsowe. Galwanizacja wykorzystuje zjawiska elektrochemiczne (opisane prawami Faradaya) towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego między elektrodami umieszczonymi w kąpieli galwanicznej. Zabiegi galwanotechniczne mają na celu uzyskanie powierzchni o cechach charakterystycznych dla metali szlachetnych lub półszlachetnych. Uszlachetnione powierzchnie mają zwiększoną odporność na ścieranie, polepszone własności elektryczne, zwiększony stopień odbicia światła czy wyższy połysk powierzchni. Powłoki galwaniczne są cienkimi warstwami metalu szlachetnego grubości od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów silnie osadzonymi na podłożu. Źródłem energii elektrycznej w procesach galwanizacji są sterowane prostowniki, których moce odpowiadają wymaganiom technologicznym. Możliwość sterowania parametrami energii wyjściowej prostownika galwanicznego jest niezbędna, ponieważ istnieje konieczność dopasowania wartości prądu i napięcia do wielkości elementu przeznaczonego od galwanizacji. Technologia galwanizacji wymaga prostowników, które umożliwiają uzyskanie dużych prądów wyjściowych rzędu tysięcy amperów oraz niewielkich napięć rzędu kilku, kilkunastu woltów. Przy tak dużych prądach nawet niewielki spadek napięcia na elemencie półprzewodnikowym pociąga za sobą wyraźną zmianę pobieranej z prostownika mocy. Struktura prostownika sześciopulsowego z przewodem neutralnym zapewnia w każdej chwili pracę tylko jednego elementu półprzewodnikowego, czego efektem jest niewielka strata napięcia wyjściowego. Ten układ pozwala uzyskać dobre parametry wyjściowe prostownika przy ograniczonej mocy transformatora. Galwaniczny transformator mocy stanowi kluczowy element układu prostownika. Uzwojenie pierwotne transformatora skojarzone w trójkąt lub gwiazdę zasilane jest z trójfazowej sieci przemysłowej. Dwa uzwojenia wtórne skojarzone w gwiazdy o odpowiednich grupach połączeń, trwale połączono poprzez bezpośrednie zwarcie punktów gwiazdowych, dzięki czemu z napięć fazowych uzwojeń wtórnych powstaje symetryczny układ sześciofazowy. Napięcia wtórne transformatora poprzesuwane są wzajemnie o kąty fazowe π/3 i mają jednakowe wartości. Obwód wtórny transformatora pracującego w prostowniku sześciopulsowym z przewodem neutralnym obciążony jest prostokątnymi, jednokierunkowymi impulsami prądu. Szerokość impulsów prądu odpowiada kątowi π/3. Wartość skuteczna prądu obciążenia transformatora wyrażona jest zależnością (2). Jednokierunkowy prąd wtórny jest niekorzystny, zawiera bowiem składową stałą. Pod magnesowanie rdzenia strumieniem zawierającym składową stałą jest przyczyną przesunięcia punktu pracy transformatora na charakterystyce magnesowania, co skutkuje niewykorzystaniem energetycznym transformatora. Indukcyjność rozproszenia transformatora przekształtnikowego jest parametrem, który może poprawić niezawodność elementów półprzewodnikowych prostownika. Określa wartość spodziewanego prądu zwarciowego oraz wpływa na stromość narastania prądu przewodzenia tyrystorów. Wskaźnikiem wartości indukcyjności rozproszenia jest wprost proporcjonalne do niej napięcie zwarcia transformatora. Napięcia zwarcia transformatorów przekształtnikowych powinny osiągać wartości od 4% do 10% w zależności od mocy transformatora.

Zastosowanie transformatorów

Transformatory w wykonaniu morskim stosowane są zarówno na lądzie, jak i bezpośrednio na statkach. Zastosowania lądowe transformatorów w wykonaniu morskim obejmują nie tylko zasilanie urządzeń przemysłowych i elektronarzędzi w dokach stoczniowych podczas budowy statków, ale również zasilanie elektryczne jednostek pływających podczas pobytu w porcie. W czasie np. przeładunku statki zasilane są z nabrzeża przy użyciu kontenerowych stacji zasilających, w których kluczowym elementem jest transformator mocy. Transformatory i autotransformatory morskie są również ważnymi elementami rozdzielczej instalacji elektrycznej na statkach, zasilając obwody sterowania, oświetlenia, realizując między innymi rozruch sterów strumieniowych. Budowa transformatorów przeznaczonych do zastosowań stoczniowych precyzowana jest przez międzynarodowe normy techniczne (IEC) oraz przepisy morskich towarzystw certyfikacyjnych (PRS, BV, DNV, GL, LR, ABS itp.). Przepisy te precyzują wymagania co do parametrów technicznych Przemysłowe układy napędów elektrycznych są kolejnym bardzo ważnym i chyba najbardziej powszechnym zastosowaniem elektrotechniki w przemyśle. W prostych układach napędowych, gdzie nie jest wymagana regulacja prędkości obrotowej silnika, zastosowanie znajdują autotransformatory rozruchowe. Realizują one rozruch silników asynchronicznych klatkowych przy zasilaniu obniżonym napięciem. Napięcie obniża się w celu ograniczenia prądu rozruchowego. Metoda rozruchu za pomocą autotransformatora rozruchowego używana jest zwłaszcza w napędach dużych mocy, gdzie przełączenie z gwiazdy w trójkąt uzwojeń stojana jest technicznie trudne. Rozruch autotransformatorowy w założeniu jest podobny do rozruchu z przełącznikiem gwiazda-trójkąt. W przypadku autotransformatora można jednak według uznania obniżyć napięcie na czas rozruchu silnika, tak by prąd pobierany z sieci nie przekroczył wartości zadanej. W razie konieczności wykonuje się autotransformatory rozruchowe z kilkoma odczepami. Autotransformatory rozruchowe często umieszczone są w jednej obudowie z łącznikami realizującymi operacje łączeniowe podczas rozruchu silników dużych mocy. Rdzeń pięciokolumnowy wyposażony jest w dwie zewnętrzne nieuzwojone kolumny, które stanowią przedłużenie oraz połączenie jarzma dolnego z górnym. Zastosowanie takiego magnetowodu w trójfazowym transformatorze umożliwia zmniejszenie przekroju jarzm do ok. 60% przekroju jarzma w typowym rdzeniu trójkolumnowym, zachowując przy tym pełną moc transformatora. W ten sposób można uzyskać zmniejszoną wysokość transformatora o ok. 80% wysokości jednego jarzma. Podczas projektowania transformatora z rdzeniem pięciokolumnowym należy tak dobrać reluktancję odcinków jarzmowych, by uzyskać takie same wartości indukcji maksymalnej w jarzmach i kolumnach transformatora. Reluktancja jarzm zależy od ich długości oraz pól przekroju.

Jednofazowe transformatory

Jednofazowe transformatory pracujące w odpowiedniej konfiguracji tworzą tak zwany układ Scotta. Jest on przykładem dopasowania trójfazowej sieci zasilającej oraz odbiornika dwufazowego lub grupy odbiorników jednofazowych. TRAFECO jest producentem transformatorowych układów Scotta, znajdujących szerokie zastosowanie w elektrotermii. Transformatory, bazowy Tb i dodawczy Td są jednofazowymi transformatorami o tych samych mocach. Pośrodku uzwojenia pierwotnego transformatora Tb wykonuje się odczep służący do połączenia z końcem uzwojenia pierwotnego transformatora Td. Aby napięcia wtórne transformatorów były równe, co do modułu transformatory powinny być zasilane z sieci symetrycznej oraz liczby zwojów uzwojeń pierwotnych muszą zachować odpowiednią proporcję. Powyższa zależność wynika też z wykresu topograficznego napięć dla układu. Jeśli konstrukcyjnie zapewnimy taką proporcję pomiędzy zwojami pierwotnymi transformatorów, ich rdzenie będą pracowały w identycznych warunkach magnetycznych. W rdzeniach powstaną takie same strumienie magnetyczne główne, napięcia zwojowe w obu transformatorach będą również takie same, co przy równych liczbach zwojów uzwojeń wtórnych Z2d=Z2b pozwoli uzyskać identyczne napięcia wtórne transformatorów Ud=Ub. Kąt przesunięcia fazowego między wektorami napięć wtórnych wynosi a=pi/2. Istotną zaletą przedstawionego układu jest to, że przy symetrycznym obciążeniu dwufazowym również symetrycznie obciążona jest trójfazowa sieć zasilająca.

Uwaga:
Po uzgodnieniu możliwe jest wykonanie urządzenia nietypowego o wymaganych parametrach technicznych.
Producent zastrzega sobie prawo wprowadzania zmian parametrów z uwagi na rozwój techniczny produktów.

Menu