سیم پیچ ترانسفورماتور
سیم پیچ ترانسفورماتور اجزای مدار یک ترانسفورماتور هستند و بخش اصلی برای تبدیل انرژی الکترومغناطیسی هستند. آنها از سیم های عایق (معمولاً مس یا آلومینیوم) ساخته شده اند که طبق یک الگوی خاص زخم شده اند و انرژی را از طریق اصل القای الکترومغناطیسی منتقل می کنند.
1. توابع اصلی
- ایجاد میدان مغناطیسی: هنگامی که سیم پیچ اولیه با جریان متناوب تامین می شود، یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می شود.
- القای نیروی الکتروموتور: این میدان مغناطیسی متناوب از سیم پیچ ثانویه عبور می کند و نیروی الکتروموتور (ولتاژ) را در سیم پیچ ثانویه القا می کند.
- تغییر ولتاژ: با تنظیم نسبت چرخش سیم پیچ های اولیه و ثانویه، می توان ولتاژ را افزایش یا کاهش داد.
2. انواع سیم پیچ ها (طبقه بندی شده بر اساس سطح ولتاژ و موقعیت نسبی)
- سیم پیچی-ولتاژ بالا: سیم پیچی که در برابر ولتاژ بالاتر مقاومت می کند. معمولاً مقطع سیم کوچکتری دارد (چون جریان نسبتاً کوچک است)، اما به عایق بالایی نیاز دارد.
- سیمپیچ ولتاژ پایین-: سیمپیچی که در برابر ولتاژ پایینتر مقاومت میکند. معمولاً مقطع سیم بزرگتری دارد (زیرا جریان نسبتاً زیاد است) و نیازهای عایق نسبتاً پایینتری دارد.
از نظر ساختاری، بر اساس آرایش آنها بر روی هسته، آنها عمدتا به دو نوع تقسیم می شوند:
(1) سیم پیچ متمرکز:
- ساختار: سیمپیچهای-ولتاژ بالا و ولتاژ پایین-به شکلهای استوانهای با قطرهای مختلف پیچیده میشوند و بهطور متحدالمرکز روی اندام هسته قرار میگیرند.
- چیدمان معمول: برای تسهیل عایق کاری، سیم پیچ ولتاژ پایین معمولاً در داخل (نزدیکتر به هسته) و سیم پیچ ولتاژ بالا در خارج قرار می گیرد. این به این دلیل است که عایق بین سیمپیچ ولتاژ پایین-و هسته (زمین شده) راحتتر کار میکند.
- کاربرد: اکثر ترانسفورماتورهای قدرت (مخصوصاً آنهایی که ظرفیت بیشتری دارند) از این ساختار استفاده می کنند. فرآیند تولید نسبتاً ساده است و ساختار آن مستحکم است.
(2) سیم پیچی به هم پیوسته:
- ساختار: هر دو سیم پیچ-ولتاژ بالا و ولتاژ پایین{1} به شکل دیسکی ساخته می شوند و به طور متناوب در امتداد ارتفاع اندام هسته روی هم قرار می گیرند.
- مزایا: کاهش شار نشتی بین سیمپیچها، استحکام مکانیکی بالا، و مقاومت{0}}در اتصال کوتاه قوی.
- کاربرد: عمدتاً برای ترانسفورماتورهای خاص مانند ترانسفورماتورهای کوره الکتریکی و ترانسفورماتورهای جوشکاری که نیاز به مقاومت در برابر نیروهای الکترومغناطیسی بزرگ دارند استفاده می شود.
3. الزامات اصلی برای سیم پیچ
عملکرد الکتریکی: باید در برابر ولتاژ کار طولانی مدت و اضافه ولتاژ گذرا (مانند صاعقه) مقاومت کند.
عملکرد مکانیکی: سازه باید به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر نیروهای عظیم الکترومغناطیسی ایجاد شده در طول اتصال کوتاه بدون تغییر شکل مقاومت کند.
عملکرد حرارتی: باید اتلاف حرارت خوبی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که افزایش دما تحت بار{0}دراز مدت از حد مجاز تجاوز نمی کند.
عملکرد فرآیند: فرآیند سیم پیچی باید ساده، مقرون به صرفه و قابل اعتماد باشد.
عایق ترانسفورماتور
این سیستم موادی است که قسمت های مختلف سیم پیچ را از یکدیگر جدا می کند و سیم پیچ را از قطعات زمین (مانند هسته و مخزن روغن) جدا می کند. این بخش غیر مداری از ترانسفورماتور است اما ایمنی و طول عمر ترانسفورماتور را تعیین می کند.
1. توابع اصلی
- جداسازی پتانسیل: قطعات رسانا با پتانسیل های مختلف (مانند سیم پیچ های ولتاژ بالا و پایین و سیم پیچی از هسته) را به طور قابل اعتماد جدا می کند تا از اتصال کوتاه جلوگیری کند.
- کانال اتلاف حرارت: مواد عایق (مانند روغن ترانسفورماتور) اغلب به عنوان رسانه خنک کننده عمل می کنند و گرمای تولید شده توسط سیم پیچ و هسته را انتقال می دهند.
- پشتیبانی مکانیکی: مواد عایق (مانند تخته عایق) نیز به تثبیت و حمایت از سیم پیچ ها کمک می کند.
2. طبقه بندی عایق (بر اساس مکان و عملکرد)
سیستم عایق ترانسفورماتور معمولاً به دو دسته اصلی تقسیم می شود:
- عایق داخلی: در داخل مخزن روغن ترانسفورماتور قرار دارد و در تماس مستقیم با هوای خارجی نیست.
- عایق اصلی: به عایق بین سیمپیچها و قطعات زمیندار (مانند هسته و مخزن روغن)، و بین سیمپیچهای سطوح ولتاژ مختلف (مانند سیمپیچهای ولتاژ بالا و پایین{1}) اشاره دارد. این هسته سیستم عایق ترانسفورماتور است و سطح ولتاژ ترانسفورماتور را تعیین می کند.
- عایق طولی: به عایق در همان سیمپیچ اشاره دارد، مانند عایق بین پیچها (-به-عایق چرخشی)، بین لایههای سیمپیچ (لایه-به{3}}عایق لایه)، و بین بخشهای سیمپیچ (بخش{4}به{5} بخش).
- عایق خارجی: به قطعات عایق در معرض هوای خارج از ترانسفورماتور، عمدتاً عایق در بالای بوشینگ ها (خارج از مخزن روغن) اطلاق می شود. قدرت عایق آن عمدتاً به شرایط هوا و فاصله خزش بستگی دارد.
3. مواد عایق اصلی
عایق ترانسفورماتورها (به ویژه ترانسفورماتورهای غوطه ور شده در روغن) یک سیستم ترکیبی است. مواد متداول عبارتند از:
(1) مواد عایق مایع:
- روغن ترانسفورماتور معدنی: پرکاربردترین روغن. عملکردها عبارتند از: عایق (استحکام دی الکتریک بسیار بالاتر از هوا)، اتلاف گرما (حذف گرما از طریق همرفت)، حفاظت (اکسیژن را جدا می کند، پیری مواد را به تاخیر می اندازد).
- روغن عایق استر مصنوعی یا طبیعی: مانند روغن سیلیکون یا روغن عایق گیاهی که معمولاً در مکانهایی با مقاومت بالا در برابر آتش استفاده میشود.
(2) مواد عایق جامد:
- کاغذ عایق، تخته عایق: برای عایق چرخشی، عایق لایه، جداکننده بین سیم پیچ ها و سیلندرهای عایق استفاده می شود. سیستم عایق کامپوزیت روغنی{1}}کلاسیک ترین و قابل اعتمادترین نوع عایق ترانسفورماتور است.
- رزین اپوکسی: به طور گسترده در ترانسفورماتورهای نوع خشک- استفاده میشود و از طریق ریختهگری یک عایق کلی جامد را تشکیل میدهد.
- کاغذ NOMEX®: یک کاغذ پلی آمید آروماتیک{0}با کارایی بالا با مقاومت حرارتی بالا که معمولاً در ترانسفورماتورهای نوع خشک یا ویژه استفاده میشود.
نمای کلی
سیمپیچهای ترانسفورماتور «کانالهای مدار» برای دستیابی به تبدیل انرژی الکترومغناطیسی هستند، در حالی که عایق ترانسفورماتور «سیستم حفاظتی» است که قطعات با پتانسیلهای مختلف را به طور ایمن جدا میکند. عایق به عنوان "زره" برای سیم پیچ ها عمل می کند و ایمنی را برای عملکرد عادی آنها فراهم می کند و از حوادث اتصال کوتاه- جلوگیری می کند. این دو مکمل یکدیگر هستند و با هم عملکرد، سطح ولتاژ و قابلیت اطمینان عملیاتی ترانسفورماتور را تعیین می کنند.
