Transformatoriai tiesiogiai iš gamintojo

Transformatoriai, dar vadinami transformatoriais arba įtampos keitikliais, yra elektros įrenginiai, užtikrinantys kintamosios įtampos arba kintamosios srovės keitimą iš vieno įtampos lygio į kitą. Transformatorius veikia elektromagnetinės indukcijos būdu ir atlieka pagrindinį vaidmenį elektros energijos tiekimo sistemoje.

1. Įtampos keitimas
   • Transformatoriai aukštą įtampą, naudojamą elektros energijai transportuoti, paverčia žemesne įtampa, kurią saugu naudoti namuose ir įmonėse. Dėl to jie nepakeičiami elektros energijos tinkle.
2. Izoliacija
   • Transformatoriai taip pat naudojami elektros sistemoms izoliuoti, o tai padidina saugumą. Jie neleidžia gedimams ar klaidoms plisti iš vienos sistemos dalies į kitas.
3. Energijos paskirstymas
   • Įtampos transformatoriai leidžia efektyviai paskirstyti elektros energiją dideliais atstumais, sumažinant energijos nuostolius. Be transformatorių nebūtų įmanomas patikimas elektros energijos tiekimas.
4. Signalų perdavimas
   • Ryšių technologijose transformatoriai naudojami signalų lygiams reguliuoti ir signalų keliams atskirti.

Transformatorius, dažnai dar vadinamas transformatoriumi, srovės transformatoriumi arba galios transformatoriumi, yra labai svarbus užtikrinant, kad elektros energija būtų naudojama saugiai ir efektyviai.

Transformatorių sudaro keli pagrindiniai komponentai, kurie veikia kartu, kad elektros energiją būtų galima paversti iš vieno įtampos lygio į kitą. Toliau pateikiame paprastą paaiškinimą, kaip transformatoriaus komponentai veikia kartu ir kaip jis veikia.

1. Pirminė apvija
   • Pirminė apvija yra vielos ritė, prijungta prie įėjimo kintamosios srovės įtampos. Kai per pirminę apviją teka kintamoji srovė, ji sukuria kintantį magnetinį lauką.
2. Šerdis
   • Šerdis paprastai būna pagaminta iš feromagnetinės medžiagos (pvz., geležies), kuri sukoncentruoja ir praleidžia magnetinio srauto linijas. Šerdis sustiprina pirminės apvijos sukuriamą magnetinį lauką ir užtikrina, kad magnetinis laukas būtų veiksmingai perduodamas antrinėms apvijoms.
3. Antrinė apvija
   • Antrinė apvija yra dar viena vielos ritė, priimanti šerdies perduodamą magnetinį lauką. Dėl elektromagnetinės indukcijos antrinėje apvijoje sukuriama įtampa, kuri priklauso nuo pradinės įtampos lygio. Priklausomai nuo to, kiek apvijų turi antrinė apvija, palyginti su pirmine apvija, įtampa gali būti padidinta (pakopinis transformatorius) arba sumažinta (pakopinis transformatorius).
4. Kaip tai veikia
   • Magnetinė jungtis: kai į pirminę apviją tiekiama kintamoji srovė, ji sukuria kintantį magnetinį lauką. Šis magnetinis laukas pereina per šerdį ir pasiekia antrinę apviją.
   • Indukcija: kintantis magnetinis laukas generuoja įtampą antrinėje apvijoje. Ši įtampa yra proporcinga antrinės apvijos ir pirminės apvijos vijų skaičiui. Jei antrinėje apvijoje yra daugiau vijų nei pirminėje apvijoje, išėjimo įtampa bus didesnė (pakopinė). Jei ji turi mažiau vijų, įtampa bus mažesnė (žingsnis žemyn).
   • Energijos perdavimas: Elektros energija perduodama iš pirminės pusės į antrinę pusę be tiesioginio elektrinio ryšio tarp abiejų pusių. Tai leidžia konvertuoti įtampą ir kartu užtikrina abiejų grandinių izoliaciją.
5. Sudedamųjų dalių bendradarbiavimas
   • Pirminė apvija sukuria magnetinį lauką.
   • Šerdis šį magnetinį lauką perduoda į antrinę apviją.
   • Antrinė apvija konvertuoja magnetinį lauką atgal į elektros energiją, tačiau su kitokia įtampa, kuri priklauso nuo apvijų skaičiaus.

Toks komponentų bendradarbiavimas leidžia transformatoriui efektyviai konvertuoti kintamąją įtampą, todėl jis yra nepakeičiamas elektros tinklų ir elektroninių prietaisų komponentas.

Atsižvelgiant į paskirtį ir reikalavimus, naudojami įvairių tipų transformatoriai. Štai keletas labiausiai paplitusių transformatorių tipų:

1. Maitinimo transformatoriai
   • Šie transformatoriai naudojami elektros energijos perdavimo ir paskirstymo sistemose aukštos įtampos linijų įtampai sumažinti iki vartojimui tinkamos žemos įtampos. Jie naudojami elektrinėse, pastotėse ir įvairiuose elektros tinklo taškuose.
2. Skirstomieji transformatoriai
   • Šie transformatoriai naudojami elektros linijų įtampai sumažinti iki pastatuose ar pramonės įmonėse vartojimui tinkamo lygio. Jie naudojami skirstymo sistemose, kuriomis elektra tiekiama į namus, biurus ir pramonės įmones.
3. Perjungimo transformatoriai
   • Šie transformatoriai naudojami elektroninėse grandinėse įtampai padidinti arba sumažinti. Jie naudojami tokiuose prietaisuose kaip kompiuteriai, televizoriai, garso stiprintuvai ir kiti elektroniniai prietaisai.
4. Izoliaciniai transformatoriai
   • Šie transformatoriai naudojami energijos perdavimui tarp dviejų elektros sistemų izoliuoti ir tuo pačiu metu pakeisti įtampą. Jie naudojami pramonėje, izoliacijos ir saugos srityse.
5. Autotransformatoriai
   • Šie transformatoriai turi vieną apviją, kuri atlieka ir pirminės, ir antrinės apvijos funkciją. Jie naudojami įtampai didinti arba mažinti ir naudojami tokiuose įrenginiuose kaip įtampos reguliatoriai, lempos ir elektros varikliai.
6. Droseliniai transformatoriai
   • Šie transformatoriai naudojami srovės srautui grandinėse riboti ir valdyti. Jie naudojami elektroninėse grandinėse, ypač inverteriuose, lygintuvuose ir dažnio keitikliuose.

Tai tik keli įvairių tipų transformatorių ir jų taikymo sričių pavyzdžiai. Tačiau yra daugybė kitų specializuotų transformatorių, skirtų konkrečioms reikmėms, pavyzdžiui, matavimo ir prietaisų transformatoriai, impulsiniai transformatoriai, aukštos įtampos transformatoriai ir kt.

Transformatoriai paprastai gaminami keliais etapais. Čia pateikiamas bendras gamybos proceso aprašymas:

1. Ritės vyniojimas
   • Pirmiausia variniai laidai apvyniojami aplink šerdį, kad susidarytų pirminė ir antrinė transformatoriaus ritės. Šerdis gali būti pagaminta iš įvairių medžiagų, pavyzdžiui, geležies, ferito ar kitų magnetinių medžiagų.
2. Izoliacija
   • Kad būtų išvengta trumpojo jungimo, ritės apvyniojamos izoliacinėmis medžiagomis, pavyzdžiui, popieriumi, plastikine plėvele arba emaliuotomis vielomis.
3. Montavimas
   • Suvyniotos ritės montuojamos ant šerdies ir tvirtinamos varžtais ar kitais tvirtinimo elementais. Šiame etape taip pat gali būti montuojami kiti komponentai, pavyzdžiui, radiatoriai arba korpusai.
4. Bandymai ir kokybės kontrolė
   • Surinkus transformatorius atliekami įvairūs bandymai, kad būtų patikrintos jų elektrinės savybės ir užtikrinta, jog jie atitinka reikiamus standartus.

Transformatoriams gaminti naudojamos skirtingos medžiagos, priklausomai nuo paskirties ir konkrečių reikalavimų. Štai keletas dažniausiai naudojamų medžiagų:

1. Šerdies medžiagos
   • Geležis arba plienas yra labiausiai paplitusios transformatorių šerdžių medžiagos dėl jų magnetinių savybių. Feritinės šerdys dažnai naudojamos aukšto dažnio arba impulsiniuose maitinimo šaltiniuose.
2. Apvijos viela
   • Daugumoje transformatorių dėl gero laidumo ir atsparumo karščiui apvijoms naudojama varinė viela. Aukšto dažnio įrenginiams taip pat galima naudoti specialių tipų apvijų vielą, pavyzdžiui, daugiasiūlę vielą.
3. Izoliacinės medžiagos
   • Izoliacinės medžiagos, pavyzdžiui, popierius, plastikinės plėvelės, emaliuotos vielos arba izoliaciniai lakai, naudojamos ritėms izoliuoti ir išvengti trumpųjų jungimų. Izoliacinės medžiagos pasirinkimas priklauso nuo dielektrinio stiprio, atsparumo karščiui ir kitų veiksnių reikalavimų.
4. Korpuso medžiagos
   • Transformatoriaus korpusas gali būti pagamintas iš įvairių medžiagų, pavyzdžiui, metalo, plastiko arba jų derinio, atsižvelgiant į mechaninio atsparumo, apsaugos nuo aplinkos poveikio ir šilumos išsklaidymo reikalavimus.

Svarbu pažymėti, kad tikslios transformatorių medžiagos gali skirtis priklausomai nuo paskirties ir pramonės šakos.

Transformatoriai vaidina svarbų vaidmenį energijos konversijos ir perdavimo srityje. Jie naudojami elektros įtampai didinti arba mažinti ir taip padidinti energijos efektyvumą perduodant elektros energiją.

Perduodant elektros energiją dideliais atstumais, efektyviau padidinti įtampą, nes taip sumažinama srovė. Transformatoriai padidina įtampą iki aukštos įtampos linijų lygio, kad sumažėtų srovės srautas ir energijos nuostoliai ją perduodant.

Kai elektros energija paskirstoma gyvenamosiose ir komercinėse vietovėse, įtampa vėl sumažinama, kad ją būtų galima saugiai ir efektyviai naudoti namų ūkiuose ir įmonėse. Šiuo tikslu pastotėse naudojami transformatoriai.

Transformatorius sudaro glaudžiai tarpusavyje sujungtos ritės. Magnetinė indukcija perduoda energiją iš vienos ritės į kitą ir atitinkamai transformuoja įtampą. Todėl transformatoriai atlieka svarbų vaidmenį konvertuojant ir perduodant elektros energiją.

Transformatorių technologija yra pagrindinis elektros energijos perdavimo ir paskirstymo elementas. Artimiausiais metais galima tikėtis įvairių pokyčių ir tendencijų:

Tikimasi, kad transformatorių efektyvumas dar labiau padidės, siekiant sumažinti energijos nuostolius ją perduodant. Padidinti efektyvumą galėtų padėti naujos medžiagos ir konstrukciniai metodai.

2. išmanieji tinklai: didėjant atsinaujinančiųjų energijos išteklių integracijai, reikalingi išmanieji elektros tinklai, kurie leistų efektyviai perduoti ir paskirstyti energiją. Transformatoriai atliks svarbų vaidmenį integruojant šiuos atsinaujinančiuosius energijos šaltinius, reguliuodami įtampą ir valdydami srovės srautą.

3. kompaktiški transformatoriai: Miesto vietovėse erdvė dažnai yra ribojantis veiksnys. Todėl tikimasi sukurti kompaktiškus ir vietą taupančius transformatorius, kurie sumažintų vietos poreikį ir padidintų lankstumą juos išdėstant.

4. Išmanieji transformatoriai: Integravus jutiklius ir ryšių technologijas, transformatorius galima stebėti ir valdyti realiuoju laiku. Tai leidžia geriau diagnozuoti problemas, atlikti prevencinę techninę priežiūrą ir optimizuoti veikimą.

5. geresnė izoliacija: transformatorių izoliacija atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant sistemos saugumą ir patikimumą. Tikimasi, kad pažangių izoliacinių medžiagų ir technologijų kūrimas pagerins transformatorių veikimą ir ilgaamžiškumą.

6. svorio mažinimas: transformatoriai dažnai būna sunkūs, todėl gali būti sudėtinga juos transportuoti ir montuoti. Naudojant lengvesnes medžiagas ir pažangias projektavimo technologijas būtų galima sumažinti transformatorių svorį, todėl juos būtų lengviau tvarkyti.

7. elektroniniai transformatoriai: Tradiciniai transformatoriai pagrįsti elektromagnetine indukcija. Tikimasi, kad vis didesnę reikšmę įgis elektroniniai transformatoriai, kuriuose įtampos ir srovės srautui valdyti naudojami puslaidininkiniai įtaisai. Jie galėtų būti kompaktiškesni, efektyvesni ir tikslesni nei įprastiniai transformatoriai.

Šie pokyčiai ir tendencijos padės padidinti transformatorių technologijos efektyvumą, patikimumą ir lankstumą bei sudarys sąlygas tvaresniam energijos perdavimui ir paskirstymui.

Transformatorių gamintojai visame pasaulyje pirmiausia orientuojasi į IEC 60076 ir IEEE C57 standartus. Šie standartai apibrėžia konstrukciją, izoliacijos koordinavimą, temperatūros kilimą, bandymo metodus ir atsparumą trumpam jungimui.

Papildomai taikomi regioniniai reikalavimai, pvz., EN 50588 nuostolių klasėms. Techniniai skirtumai atsiranda dėl aušinimo tipų, pakopinių jungiklių ir bandymų sekų.

Aukštosios įtampos transformatoriams reikalingos pagal IEC 60071 laipsniuotos izoliacijos sistemos, kurių BIL (bazinis izoliacijos lygis) vertė yra nuo 75 kV iki 1550 kV, priklausomai nuo vardinės įtampos. Naudojama aliejinė-popierinė, SF₆ dujinė arba kietoji izoliacija su nustatytais tarpiniais ir laisvaisiais atstumais.

Labai svarbu kontroliuoti pereinamuosius viršįtampius, atsirandančius dėl perjungimo operacijų arba žaibo smūgių. Koordinuojant izoliaciją atsižvelgiama į statistiškai pasitaikančius viršįtampius ir nustatomi apsaugos lygiai naudojant viršįtampių ribotuvus. Izoliacijos kokybę patvirtina dalinio išlydžio matavimai pagal IEC 60270, kai ribinės vertės

Energijos konversija transformatoriuje grindžiama elektrodinaminiu ryšiu per kintamąjį magnetinį lauką, kai elektros energija pirminėje pusėje paverčiama magnetinio srauto tankiu $B$ ir grąžinama atgal į antrinę pusę. Siekiant sumažinti geležies nuostolius, naudojamos labai pralaidžios, grūdėtos elektrinės laminatės, kurios slopina aukštų dažnių sūkurines sroves ir dėl izoliacinės dangos optimizuoja magnetinę histerezę.

Be to, energijos perdavimo efektyvumą riboja ominiai nuostoliai varinėje apvijoje ir nuotėkio induktyvumas. Naudodami tikslią apvijų geometriją ir atsižvelgdami į odos ir artumo efektus, inžinieriai užtikrina, kad ryšio laipsnis būtų maksimalus, siekiant užtikrinti stabilų įtampos santykį ir minimalią šilumos sklaidą net ir esant pereinamojo laikotarpio apkrovos sąlygoms.

Transformatoriaus apvijoje nuotėkio induktyvumas tiesiogiai priklauso nuo apvijų geometrinio išdėstymo ir atstumo tarp pirminės ir antrinės apvijų. Dėl netolygaus laidų išdėstymo arba laisvo vyniojimo būdo susidaro magnetinio lauko linijos, kurios nesujungia abiejų ričių, o tai mažina efektyvumą ir daro neigiamą poveikį įtampos reguliavimui, kai keičiasi apkrova.

Siekdami sumažinti šiuos parazitinius poveikius, inžinieriai dažnai naudoja daugiasluoksnės apvijos (angl. sandwich winding) metodą, kai apvijos padalijamos į kelis sluoksnius ir perskiriamos. Taikant šį metodą sumažinamas efektyvusis apvijos erdvės storis ir optimizuojamas magnetinio ryšio laukas, o tai gali gerokai sumažinti ir nuotėkio induktyvumą, ir apvijos talpą aukšto dažnio įrenginiuose.

Jie pirmiausia naudojami tais atvejais, kai didelius elektros energijos kiekius reikia transportuoti dideliais atstumais arba tiekti pramoniniams aukštos įtampos procesams. Aukštosios įtampos transformatoriai naudojami pastotėse, kad transformuotų elektrinių generatorių įtampą į itin aukštą įtampą (iki 380 kV), kuri sumažina linijos srovę ir taip sumažina ominius perdavimo nuostolius ($P = I^2 \cdot R$) elektros tinkle.

Jie taip pat labai svarbūs sunkiojoje pramonėje, kai reikia eksploatuoti elektros lanko krosnis, ir medicinos technologijose - dalelių greitintuvuose ir rentgeno spindulių sistemose. Šiose srityse transformatoriai turi atitikti ypatingus izoliacijos atsparumo ir šilumos valdymo reikalavimus, dažnai jiems naudojamos specialios izoliacinės alyvos arba lietos dervos, kad būtų užtikrintas dielektrinis saugumas ir veiksmingas šilumos išsklaidymas esant nuolatinei apkrovai.

Transformatoriaus apvijoje izoliacija tarp sluoksnių ir apvijų yra labai svarbi, kad būtų išvengta dalinių išlydžių ir apvijų trumpųjų jungimų esant dideliems lauko stiprio gradientams. Inžinieriai turi suderinti izoliacijos klasę (pvz., F arba H klasę) su nuolatine šilumine apkrova ir naudoti tokias medžiagas, kaip poliimido plėvelės arba sustiprintas presuotas kartonas. Šios užtvaros užtikrina reikiamą šliaužimo atstumą ir oro tarpą pagal DIN EN 61558, ypač aukšto dažnio transformatoriams su didelėmis pereinamųjų procesų apkrovomis.

Be to, impregnavimo arba vakuuminio hermetizavimo technologija atlieka svarbų vaidmenį pašalinant oro kišenes apvijoje, kurios sumažintų atsparumą koronai. Emaliuotos vielos izoliacijos ir papildomos barjerinės izoliacijos derinys apibrėžia sistemos dielektrinį vientisumą. Todėl tikslus transformatoriaus apvijos izoliacijos projektavimas, atsižvelgiant į užpildymo koeficientą, yra labai svarbus siekiant užtikrinti reikiamą bandymo įtampą tarp pirminės ir antrinės grandinės be šiluminių trikdžių (karštųjų taškų) ilguoju laikotarpiu.

Aukštos įtampos transformatorių pavyzdžiai - rentgeno spindulių transformatoriai (50-150 kV), uždegimo transformatoriai (2-15 kV), bandymų transformatoriai (iki 500 kV) ir mikrobangų transformatoriai (2-4 kV). Jie iš esmės skiriasi nuo žemos įtampos tipų.

Žemos, ekonominės, izoliacinės, apsauginės ir toroidinės įtampos transformatoriai veikia 1 kV. Ypatingos savybės: ypatingi izoliacijos reikalavimai (alyva, SF6, vakuumas), apsauga nuo vainiko, atsparumas blyksniui. Transformavimo santykis dažnai būna nuo 1:100 iki 1:1000, o ne nuo 1:1 iki 1:10.

"ROTIMA" Šveicarijoje nėra klasikinė energetinių ar didelės galios transformatorių gamintoja, bet tiekia pagal užsakymą gaminamus transformatorius ir indukcinius komponentus elektronikai ir pramonei.

Šveicarijos aplinkoje ROTIMA veikia kaip specializuotų mažų ir vidutinių serijų transformatorių sprendimų kūrimo, gamybos ir platinimo partnerė ir taip papildo tradicinius gamintojus galios elektronikos srityje.

"ROTIMA" siūlo Šveicarijoje dirbantiems inžinieriams įsigyti specialiai pritaikytus transformatorius, optimizuotus pramoninėms valdymo sistemoms, galios elektronikai ir automatizacijai. Transformatoriai įsigyjami iš specializuotų gamintojų ir išbandomi pagal elektrinius parametrus, temperatūros ir apkrovos reikalavimus. ROTIMA taip pat teikia technines konsultacijas, parenka tinkamas konstrukcijas ir variantus bei integruoja juos į esamas sistemas. Taigi įmonė veikia kaip jungiamoji grandis tarp gamybos technologijų ir praktinio pritaikymo sudėtingiems pramoniniams projektams.