Část B) Odborný výcvik

Základní pojmy:

Transformátor je netočivý stroj, který pracuje na principu elektromagnetické indukce.

Mění elektrickou energii v elektrickou energii s týmž kmitočtem. Transformace probíhá tak, že se mění vyšší napětí na nižší napětí nebo naopak.

Obr. 5

Transformátor naprázdno pracuje s připojeným vstupním napětím na střídavé napětí U1 a na výstupní vinutí není připojena žádná zátěž. Transformátor odebírá proud I, který je fázově posunut za napětím U1 téměř o 90°, neboť transformátor představuje pro síť indukční zatížení. Proud transformátoru při chodu naprázdno je 3 – 10 % jmenovitého proudu.
 

Obr. 6

Transformátor zatížený pracuje s připojeným vstupním napětím a zátěží na výstupní straně. V každém transformátoru vznikají úbytky napětí vinou činného odporu a reaktance vinutí. Odečtou-li se tyto úbytky od vstupního napětí U1, výsledkem je vnitřní napětí, které je menší než indukované napětí při chodu naprázdno. Odečtením úbytků na výstupní straně od U ind. 2 je výsledkem svorkové napětí U2 transformátoru při zatížení.

Transformátor nakrátko pracuje s připojeným vstupním vinutím. Výstupní svorky jsou spojeny nakrátko bezodporovou spojkou. Výstupní napětí U2 se rovná nule a celé vstupní napětí U1 se spotřebuje ve vinutí transformátoru. Uvádí se jako napětí nakrátko a jeho velikost se zjišťuje měřením. Napětí nakrátko Uk je tedy napětí na vstupní straně, při kterém prochází vstupním vinutím transformátoru jmenovitý proud I1N při výstupních svorkách spojených nakrátko. Udává se v procentech jmenovitého vstupního napětí.

Obr. 7

Při zapojení transformátoru nakrátko má výstupní napětí sekundáru U₂ velikost rovnající se nule.

3.1. Vinutí transformátoru

Nejnutnější informace o transformátoru:

Rozložení vinutí: Nejčastěji se napájecí vinutí, které je zpravidla na 230 V, umístí nejblíže k železu, pak se provede izolace a navine se sekundární vinutí.

Mezivrstvová izolace: Tloušťka izolace závisí na průměru drátu. Jakost izolace je určena požadavky el. pevnosti a klimatické odolnosti. Prokládá se každá vrstva primárního a sekundárního vinutí nad 100 V.

Izolace vinutí: První vrstva vinutí se navíjí na těleso cívky ovinuté jednou až třikrát izolačním prokladem. Jednotlivá vinutí se izolují navzájem a pak proti kostře (alespoň jedenkrát) drážkovou lepenkou 0,1 mm. Šířka izolace vinutí je shodná s šířkou tělíska, překrytí po obvodu do 20 mm je třeba umístit tak, aby nezmenšoval prostor okénka k jádru.

Vývody a odbočky: Vývody a odbočky zajišťujeme měděným pocínovaným vodičem nebo lankem. Vodiče do průměru 0,95 mm se spojují a to otočením čtyřikrát až pětkrát v délce 10–15 mm. Spoj se zapájí a zaizoluje oboustranně izolační páskou, lepenkou.
Vodiče většího průměru a odbočky se spojí tak, že očištěné konce nebo konec a část vodice v délce 15 mm se pocínují, položí vedle sebe, ovinou měděným pocínovaným vodičem o průměru asi 0,3 mm a spoj se zakápne pájkou. Izoluje se drážkovou lepenkou. Při izolaci vývodů lanek i vodičů používáme izolační trubičky lakované a silikonové. Navinuté cívky se obalují ochrannou páskou, aby se vinutí chránilo před mechanickým poškozením.

U bezpečnostních transformátorů dáváme mezi primární a sekundární vinutí stínící vinutí.
Tvoří je pásek měděného plechu nebo jedna vrstva vinutí, vyvedeme jeden vodič a ten ukostříme.
 

POZOR PŘI STÍNĚNÍ! : Pásek měděného plechu nesmí být spojen. Tvořil by závit nakrátko. Při jedné vrstvě vinutí uložíme začátek nebo konec vinutí izolovaně a druhou stranu vyvedeme na kostru.

3.1.1. Spojení vinutí u třífázových transformátorů

Třífázový transformátor se skládá z magnetického obvodu složeného z transformátorových plechů, tří cívek primárních a tří cívek sekundárních.

Spojeni třífázového vinutí transformátoru lze provést do hvězdy, do trojúhelníku nebo do lomené hvězdy. Je vyznačeno na štítku transformátoru velkým písmem pro vyšší napětí a malým písmem pro nižší napětí.

Spojení do hvězdy se označuje Y, y, do trojúhelníku D, d, do lomené hvězdy Z, z. Spojení do hvězdy se provádí tak, že se spojí konce nebo začátky vinutí tří fází do jediného, tzv. nulového bodu N. Začátek nebo konec každého vinutí je vyveden ke svorkám. Tímto spojením je získáváno dvojí napětí. Fázové Uf a sdružené Us (Us je druhou odmocninou ze 3 x Uf). Spojí-li se konec vinutí jedné fáze se začátkem vinutí sousední fáze, je vinutí spojeno do trojúhelníku. Napětí mezi svorkami se rovná fázovému napětí, proud je sdružený Is (Is je druhou odmocninou ze 3, x If). Při spojení do lomené hvězdy je vinutí každé fáze rozděleno na polovinu a obě poloviny jsou umístěny na dvou sousedních jádrech. Vinutí je spojeno tak, že se při zatěžování jedné fáze a nulového bodu rozděluje zatížení na dva sloupky a magnetickými toky se přenáší na dvě fáze vstupního vinuti. Toto zapojení se používá pouze na výstupní straně transformátoru při nesouměrných zatíženích distribučních sítí.

Hodinový úhel (skupina spojení vinutí) charakterizuje souvislost označení svorek transformátoru příslušným fázovým úhlem mezi elektromotorickou silou (ems) vstupního a výstupního vinutí. V praxi se fázový posun mezi ems označuje podle polohy ručiček na hodinovém ciferníku.

Fázor ems vinutí vyššího napětí je znázorněn velkou minutovou ručičkou, která je vždy na číslici 12. Malá hodinová ručička zaujímá různé polohy podle úhlu ems.

Fázový úhel ems je odstupňován po 30° a platí, že hodinový úhel 1 hodina se rovná fázovému úhlu ems 30°.

Fázový úhel 180° odpovídá 6 hodinám. Např. Yd 1 znamená, že je vinutí vyššího napětí spojeno do hvězdy, vinutí nižšího napětí je spojeno do trojúhelníku a fázový posun ems je 30".

3.1.2. Podmínky paralelního spojení transformátorů

1. a. Stejná jmenovitá napětí vstupní (primární) a výstupní (sekundární).

   b. Stejné převody napětí naprázdno (s tolerancí asi 10% vztahovanou na nejvyšší z udaných hodnot).

   c. Přibližně stejný poměr impedance nulové k impedanci nakrátko, muže-li se vyskytnout i paralelní chod jednopólový (mezi středním vodičem a některou fázi).

   d. Stejný úhel natočení stejně označených fází spojují-li se u všech transformátoru stejně označené svorky na stranách vstupních i výstupních.

2. Před paralelním spojením je třeba se přesvědčit měřícími přístroji s vhodným rozsahem, že mezi stejně označenými svorkami není žádný nebo jen nepatrný rozdíl napětí.

3. Jsou-li k dispozici transformátory různých výkonů a odchylných napětí nakrátko, doporučuje se, je-li to možné, pro dosažení nejvýhodnějšího využití výkonu skupiny:

   1. Poměr výkonu volit nejvýše 1:4.

   2. U transformátoru s menším výkonem užít vždy většího napětí nakrátko.

   3. U transformátoru, kde jsou spojeny trvale paralelně nulové body na nn, dávat pro všechny transformátory buď jen skupiny spojení Dy nebo Yy a neřadit paralelně Dy a Yz transformátoru menšího výkonu, než má transformátor se skupinou spojení.