Výkonové transformátory: definice, klasifikace a princip činnosti

Společnost Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd. se zabývá výrobou elektronických součástek již 20 let, má a striktně implementuje certifikaci systému jakosti ISO-9001:2015. Náš tým nashromáždil bohaté zkušenosti ve výzkumu a vývoji, řízení výroby a záruce kvality. Specializujeme se na výrobu bočně vinutých induktorů, čtvercových induktorů se souhlasným proudem, prstencových transformátorů, třífázových induktorů, jednofázových induktorů a dalších induktorů se souhlasným proudem.

Široká škála aplikací

Naše produkty se široce používají v průmyslových napájecích zdrojích, napájecích zdrojích pro řízení požárů, nabíjecích zařízeních, napájecích zdrojích pro lékařství, letectví a kosmonautice, automobilové elektronice, železniční dopravě, fotovoltaice, výrobě větrné energie, střídačích pro ukládání energie, inteligentních sítích, robotice, spotřební elektronice a dalších oblastech.

Máme velmi pokročilý automatický navíjecí stroj, automatický pájecí stroj, automatický LCR můstek, tester izolačního výdržného napětí, tester dielektrického napětí vinutí, integrovaný zkušební stolec pro transformátory a další výrobní zařízení.

Naše společnost získala certifikace UL, CE, CQC, ISO-9001, patentový certifikát a certifikáty kvalifikace pro high-tech podniky.

Široká nabídka produktů

Mezi produkty, které vyrábíme, patří mimo jiné vysokofrekvenční transformátory, nízkofrekvenční transformátory, transformátory pro povrchovou montáž (SMD transformátory), tlumivky, výkonové filtry, napájecí adaptéry, cívky solenoidových ventilů, vysokonapěťové transformátory, proudové transformátory a napěťové transformátory.

Co jsou induktory?

Induktor, nazývaný také cívka, tlumivka nebo reaktor, je pasivní dvoupólová elektrická součástka, která ukládá energii v magnetickém poli, když jí protéká elektrický proud. Induktor se obvykle skládá z izolovaného drátu navinutého do cívky. Chcete-li znát vlastnosti a ceny induktorů, kontaktujte nás!

Výhoda induktorů

lapal po dechu
Induktory zabraňují toku stejnosměrného proudu (DC), zatímco umožňují průtok střídavého proudu (AC).

filtrování
Induktory dokáží filtrovat střídavý proud, čímž zlepšují tvar vlny a vytvářejí čistší střídavý signál.

Rezonance
Induktory v kombinaci s kondenzátory tvoří rezonanční obvody, které generují vysokofrekvenční rezonanci a poskytují stabilní proud.

Ladění
Induktory se používají v ladicích obvodech ke stabilizaci provozní frekvence zesilovačů na určité frekvenci.

Časové zpoždění
Induktory se v obvodech používají k zavedení časové konstanty, která umožňuje řízení časového zpoždění signálu.

Zářez
Induktory se používají v obvodech zářezových filtrů k omezení rušivých signálů v obvodu a zabránění jejich ovlivňování jiných obvodů.

Filtrování signálu
Induktory lze použít k filtrování signálů, čímž umožňují průchod pouze požadovaných signálů a zároveň potlačují rušení od ostatních signálů.

Filtrování šumu
Tlumivky se používají k filtrování šumu izolací rušivého šumu v obvodu, ve kterém se tlumivka nachází, čímž se zabraňuje rušení normálního provozu jiných obvodů.

Typ induktorů

01. Tlumivky s jádrem vzduchového typu

Vzduchové cívky jsou speciálním typem cívky, které používají nemagnetické jádro, například vzduchové nebo plastové, s cívkou z drátu navinutou kolem něj. Nacházejí uplatnění v různých elektronických obvodech, včetně vysokorychlostních digitálních obvodů, výkonové elektroniky a vysokofrekvenčních (RF) obvodů.
Jednou z významných výhod použití induktorů s jádrem vzduchového typu je jejich nízké magnetické rušení. Nepoužívají magnetické jádro, které by mohlo způsobit únik magnetických polí a rušení blízkých obvodů. Tlumivky s jádrem vzduchového typu jsou proto ideální pro obvody, které vyžadují vysokou úroveň čistoty signálu, jako jsou rádiové vysílače a přijímače.

02. Tlumivky se železným jádrem

Železné cívky jsou typem cívky, která používá magnetické jádro, obvykle vyrobené ze železa nebo feritu, s cívkou z drátu navinutou kolem něj. Jsou široce používány v různých elektronických obvodech, včetně výkonové elektroniky, transformátorů a cívek používaných k ukládání a filtrování energie.
Jednou z významných výhod induktorů s železným jádrem je jejich vysoká hodnota indukčnosti. Jsou vhodné pro použití v aplikacích vyžadujících vysokou indukčnost, jako je například výkonová elektronika. Materiál magnetického jádra poskytuje vysokou permeabilitu, což zvyšuje intenzitu magnetického pole a zajišťuje vyšší úroveň akumulace energie.
Železné cívky mají také vysokou úroveň magnetické vazby mezi vinutími. To znamená, že energie může být efektivněji přenášena ze vstupu na výstup cívky, což je činí ideálními pro použití v transformátorech, kde se energie přenáší mezi dvěma cívkami drátu prostřednictvím magnetického pole.

03. Induktory s feritovým jádrem

Feritové cívky používají magnetické jádro vyrobené z feritu, keramického materiálu složeného z oxidu železa a dalších oxidů kovů. Oproti jiným typům cívek nabízejí několik výhod, včetně vysoké indukčnosti, nízkých magnetických ztrát a schopnosti pracovat s vysokými frekvencemi.
Díky své vysoké indukčnosti jsou ideální pro použití v aplikacích, které vyžadují vysokou indukčnost, jako je výkonová elektronika a radiofrekvenční obvody. Feritový materiál má vysokou magnetickou permeabilitu, což mu umožňuje ukládat velké množství magnetické energie. Navíc mají nízké magnetické ztráty díky nízkým hysterezním ztrátám materiálu, což zajišťuje efektivní ukládání energie a minimální energetické ztráty.
Feritové cívky mají také vysokofrekvenční schopnosti, což jim umožňuje pracovat na vysokých frekvencích bez významných ztrát energie nebo zkreslení. Běžně se používají v napájecích zdrojích, zesilovačích a vysokofrekvenčních obvodech.
Feritové cívky však mohou být dražší a obtížněji vyrobitelné než jiné typy cívek, což je může činit méně vhodnými pro nákladově efektivní aplikace.

04. Toroidní induktory

Toroidní cívky jsou typem cívky s jádrem ve tvaru koblihy vyrobeným z feritového nebo práškového železa a drátěnými vinutími navinutými kolem jádra. Kulatý tvar jádra poskytuje několik výhod, jako je vysoká indukčnost vzhledem k jejich velikosti a nízké elektromagnetické rušení (EMI). Magnetický tok je uzavřen uvnitř jádra, což vede k efektivnějšímu využití prostoru a lepšímu výkonu. Nízké EMI je činí ideálními pro použití v aplikacích, kde je minimalizace EMI kritická.
Toroidní cívky mají také nižší odpor než jiné typy cívek, díky čemuž jsou účinnější při ukládání a uvolňování energie a jsou vhodné pro použití v napájecích zdrojích a audio zesilovačích. Mají rovnoměrné magnetické pole a nízkou magnetickou hysterezi, což zajišťuje stabilní provoz v širokém rozsahu frekvencí a teplot.
Toroidní cívky však mají určité nevýhody, včetně vyšších nákladů kvůli výrobním procesům a použitým materiálům a obtížnějšího navíjení a pájení kvůli jejich tvaru. Navzdory těmto omezením se toroidní cívky široce používají v různých elektronických zařízeních a zařízeních, jako jsou audio zesilovače, napájecí zdroje a rádiofrekvenční obvody.

SMD (Surface Mount Device) induktory jsou speciálně navrženy pro povrchovou montáž v elektronice. Tyto induktory jsou vyrobeny z tenkého plochého drátu navinutého kolem jádra z magnetického materiálu, jako je ferit nebo železný prášek. Pro zajištění odolnosti a dlouhé životnosti je vinutí poté potaženo ochrannou vrstvou epoxidové pryskyřice nebo jiných materiálů.

Nejběžnějšími elektrickými zařízeními v průmyslu a každodenním životě jsou transformátory. Jejich účelem je přenášet energii v nesrovnatelném elektrickém obvodu mezi jeho různými obvody. Používají se v případech, kdy je nutné snížit nebo zvýšit napětí mezi zdrojem energie a spotřebičem. Transformátory jsou také součástí napájecích obvodů, které převádějí střídavý proud na stejnosměrný proud. Činnost transformátorů je založena na jejich schopnosti přenášet elektřinu mezi obvody prostřednictvím magnetické indukce.

Výkonové transformátory jsou elektromagnetická zařízení určená k přeměně napětí střídavého proudu při zachování jeho frekvence a také k přeměně samotného napájecího systému.

Návrh a uspořádání výkonových transformátorů

Hlavní částí každého výkonového transformátoru je jeho jádro s několika vinutími, vyrobené z feromagnetického materiálu. Zpravidla se jedná o tenké plechy speciálního transformátorového železa s měkkými magnetickými vlastnostmi. Plechy jsou položeny tak, že tvar průřezu tyčí pod vinutím je blízký kruhu. Pro zvýšení účinnosti zařízení a snížení ztrát překrývají spoje mezi jednotlivými deskami celé plechy.

Vinutí transformátoru je obvykle vyrobeno z měděného drátu s obdélníkovým nebo kulatým průřezem. Každý závit je izolován od samotného magnetického jádra, stejně jako od sousedních závitů. Pro cirkulaci chladicí kapaliny jsou mezi vinutím a jeho jednotlivými vrstvami vytvořeny technické dutiny.

Každý transformátor má minimálně dvě vinutí: primární (do něj je přiváděn elektrický proud) a sekundární (proud se odebírá po přeměně jeho napětí).

Princip činnosti

Principem činnosti jakéhokoli výkonového transformátoru je fenomén elektromagnetické indukce. Do primárního vinutí je přiváděn střídavý proud, který tvoří střídavý magnetický tok v magnetickém obvodu. K tomu dochází v důsledku jeho zkratu na magnetickém obvodu a vytvoření adheze mezi vinutími, což vyvolává EMF. Zátěž připojená k sekundárnímu vinutí v něm vytváří napětí a proud.

Konstrukčně se pro získání jakéhokoli napětí na sekundárním vinutí používá požadovaný poměr závitů mezi vinutími. Výkonový transformátor má vlastnost reverzibility. Jinými slovy, lze jej použít ke zvýšení i snížení napětí. Ve většině případů se k řešení určitých problémů používá výkonový transformátor. Například konkrétně zvýšit nebo snížit napětí. U stupňovitého transformátoru je napětí na primárním vinutí nižší než na sekundárním.

Klasifikace výkonových transformátorů

V závislosti na napěťové třídě a celkové spotřebě energie jsou výkonové transformátory konvenčně rozděleny do následujících kategorií:

1. Do 100 kVA, do 35 kV;
2. 100 – 1000 kVA, do 35 kV;
3. 1000 – 6300 kVA, do 35 kV;
4. Více než 6300 kVA, až 35 kV;
5. Do 32 000 kVA, 35 – 110 kV;
6. 32 000 – 80 000 kVA, do 330 kV;
7. 80 000 – 200 000 kVA, do 330 kV;
8. Více než 200 000 kVA, více než 330 kV.

Typy výkonových transformátorů

Výkonové transformátory lze rozdělit do několika typů na základě následujících charakteristik a indikátorů:

• Typ chlazení. Existují suché a olejové transformátory. První varianta je vzduchem chlazená a používá se tam, kde jsou zvýšené požadavky na ochranu životního prostředí a požární bezpečnost. Druhou možností je pouzdro naplněné olejem s dielektrickými vlastnostmi, do kterého je ponořeno jádro s vinutími;
• Klimatický design: vnější a vnitřní možnosti;
• Počet fází. Existují třífázové (nejběžnější) a jednofázové;
• Počet závitů. Existují možnosti se dvěma vinutími a více vinutími;
• Účel: zvýšení a snížení.

Dalším kritériem je přítomnost nebo nepřítomnost regulátoru výstupního napětí.

Prvky výkonového transformátoru

Konstrukce výkonového transformátoru předpokládá přítomnost následujících prvků:

• Napájecí vstupy jsou zařízení, přes která je napájena zátěž. Může být umístěn uvnitř nebo venku. Průchodky jsou izolovány různými speciálními materiály a liší se typem izolace a provedením;
• Chladiče. Pro výkonné výkonové transformátory je k dispozici olejový chladicí systém. Chlazení samotného oleje se provádí pomocí radiátorů, vlnité nádrže, nucené ventilace, chladičů oleje a vody nebo oběhových čerpadel;
• Regulátory výstupního napětí jsou zařízení určená ke změně transformačního poměru. Mohou pracovat jak pod vlivem určité zátěže, tak bez ní (v závislosti na konstrukci). Regulátory v podstatě přidávají nebo snižují počet závitů ve vinutí.

Výkonové transformátory mohou být vybaveny dalšími nástavci:

• Plynové relé je zařízení s ochrannou funkcí. Pokud je transformátor nestabilní, olej se rozkládá na jeho složky, přičemž se uvolňuje plyn. Plynové relé buď vypne transformátor, nebo upozorní varovnými signály;
• Indikátory teploty – snímače, které měří teplotu oleje;
• Absorbéry vysoušedla jsou zařízení, která pohlcují kondenzát vytvořený pod ochranným krytem, ​​čímž zabraňují jeho vniknutí do oleje;
• systém regenerace oleje;
• Automatický ochranný systém proti zvýšení tlaku chladicí kapaliny;
• Ukazatel hladiny oleje.

Parametry výkonového transformátoru

• Jmenovitý výkon. U transformátoru se dvěma vinutími je parametr roven výkonu každého z nich. U verze se třemi vinutími s různými výkonovými vinutími se parametr rovná většímu z indikátorů;
• Jmenovité napětí vinutí je charakteristickým parametrem pro provoz naprázdno;
• Jmenovitý proud je indikátor, při kterém je povolen dlouhodobý provoz zařízení;
• Zkratové napětí je charakteristikou impedance vinutí.
• Ztráty zkratem;
• Proud naprázdno – ztráty materiálu magnetického jádra (reaktivní a aktivní);
• Ztráty proudu naprázdno;
• Transformační koeficient.

Jak vybrat napájecí transformátor

Výběr výkonového transformátoru pro provoz v podnicích je založen na výběru výkonu a také v souladu s požadavky na spolehlivost napájení. Pro zajištění nepřetržitého napájení je v některých případech nutné instalovat několik transformátorů. Výkon každého zařízení je volen tak, že v případě jeho výpadku jsou ostatní zařízení schopna převzít funkce tohoto chybějícího článku s přihlédnutím k možnému přetížení.

Dalším důležitým kritériem je dostupnost ochrany:

• Od vnitřního poškození. Vybaveno zařízeními, která monitorují přítomnost plynů, teplotu, tlak a hladinu olejového chladiče;
• Z přetížení. Při instalaci proudových transformátorů na každou fázi se používá tzv. diferenciální ochrana.

Oprava a údržba

Spolehlivost výkonových transformátorů přímo závisí na kvalitě a včasnosti jejich údržby. Zařízení instalovaná v prostorách, kde pracuje personál závodu, podléhají každodenní kontrole se sledováním ukazatelů hladiny oleje, stavu absorbéru a regeneračních zařízení. Kromě toho se kontroluje integrita těla a hlavních prvků. Transformátory v místnostech bez personálu jsou kontrolovány jednou měsíčně a transformátorové body – dvakrát ročně.

Neplánovaná kontrola výkonového transformátoru a jeho ochranných systémů se provádí v případě prudké změny okolní teploty a také v havarijních podmínkách. Zařízení pro regulaci napětí také podléhají pravidelné údržbě. Důvodem je oxidace kontaktních skupin, která vede ke zvýšení jejich přechodového odporu. Před sezónními změnami zátěže (obvykle dvakrát ročně) je zařízení odpojeno od spotřebičů a napájení, načež se regulátor napětí přesune postupně do všech možných poloh. Postup pomáhá zničit oxidový film.

Laboratorní rozbor oleje se provádí každý rok při větších opravách. Pokud olej při vizuální kontrole (barva) nebo podle kontrolních údajů nevyhovuje požadavkům, je vyměněn nebo dolit.