Transformatory

Zadaniem transformatora jest zmiana parametrów przesyłanej energii elektrycznej prądu przemiennego z jednego napięcia na inne, o tej samej częstotliwości. Transformator znajduje zastosowanie w przypadku konieczności dopasowania parametrów zasilania do parametrów odbiornika.
Transformator, ma minimum 2 uzwojenia oddzielone od siebie galwanicznie, nawinięte na kolumnach rdzenia zamkniętych jarzmami, przez które przenika strumień magnetyczny. Rdzeń transformatora stanowi jego obwód magnetyczny i wykonany jest z pakietu blach wzajemnie od siebie odizolowanych. 

Transformator jednofazowy

Zależnie od kierunku przepływu energii przez transformator, uzwojenia dzielą się na pierwotne i wtórne.
Uzwojenie pierwotne pobiera energię ze źródła a wtórne oddaje energię do odbiornika.
Stosunek liczby zwojów w uzwojeniach Z1/ Z2 jest w przybliżeniu równy stosunkowi napięć pierwotnego do wtórnego U1/ U2 i nazywa się przekładnią transformatora ϑ.

Uzwojenia transformatora można wykonać jako cylindryczne lub krążkowe, zależnie od przeznaczenia i właściwości transformatora. Materiałem stosowanym na uzwojenia jest miedź, rzadziej aluminium.
Uzwojenia są od siebie oddzielone:

• izolacją podstawową – dla transformatorów oddzielających
• izolacją dodatkową lub wzmocnioną – dla transformatorów separacyjnych

W zależności od stopnia ochrony przed porażeniem transformatory mogą być wykonane w trzech klasach ochronności (I; II; III).
W zależności od czynnika chłodzącego transformatory dzielą się na suche i olejowe (chłodzone odpowiednio: powietrzem lub olejem o obiegu naturalnym lub wymuszonym).

Transformator zasilający silnik powinien być tak dobrany, aby nie wpływał na zmianę parametrów silnika. Przy rozruchu silnik pobiera duży prąd, powodujący duży spadek napięcia na transformatorze i znaczne obniżenie napięcia w zasilanej sieci. To wpływa negatywnie na pracę innych odbiorów i może doprowadzić do utknięcia rozruchu silnika a także wyłączenie odbiorów załączanych stycznikami („blackout”).
Obniżenie napięcia w czasie rozruchu można ograniczyć w dopuszczalnym zakresie (najczęściej Udop ≥ 0,85xUn), stosując większy transformator i większe przekroje przewodów, ale podwyższa to koszt instalacji.

Wobec tego, w niektórych przypadkach należy szukać sposobów zmniejszenia prądów rozruchowych, aby bez potrzeby nie powiększać elementów sieci (transformatora).
Niżej przedstawiamy uproszczony dobór mocy transformatora w zależności od mocy zasilanego silnika trójfazowego. Podana na tabliczce znamionowej moc silnika jest jego znamionową mocą mechaniczną oddawaną na wale (jest to moc czynna wyrażona w kilowatach [kW]). Moc czynna pobierana przez silnik przy obciążeniu znamionowym zależy od jego sprawności i wyraża się wzorem:

gdzie: Pn – moc mechaniczna oddawana na wale silnika, ηn – sprawność znamionowa silnika

Prąd pobierany przez silnik przy pracy normalnej i znamionowym obciążeniu mechanicznym zależy od współczynnika mocy silnika i wyraża się wzorem:

gdzie: Un – napięcie znamionowe silnika, cos φn – współczynnik mocy przy obciążeniu znamionowym

Całkowita moc pobierana przez silnik podczas znamionowej pracy (jest to moc pozorna wyrażona w [kVA] ):

Moc transformatora zasilającego silnik trójfazowy S_T powinna być większa od mocy pobieranej przez silnik S_c wyrażonej w [kVA], zgodnie z uproszczonym wzorem :

gdzie: k - współczynnik ( k > 1)

Przy doborze mocy transformatora dla silnika o małej mocy współczynnik k można pominąć.
Przy doborze mocy transformatora dla silnika o dużej mocy należy uwzględniać współczynnik k, którego wartość będzie zależała od:

• momentu, prądu rozruchowego, czasu trwania rozruchu oraz współczynnika mocy przy rozruchu silnika, który podczas rozruchu jest znacznie mniejszy od znamionowego.

Autotransformator jest specjalną odmianą transformatora, w której połączono uzwojenia pierwotne i wtórne rezygnując z galwanicznego rozdzielenia obwodów.
Gdy stronę pierwotną autotransformatora o liczbie zwojów Z1 zasilimy napięciem U1 to po stronie wtórnej o liczbie zwojów Z2 otrzymamy napięcie U2 zgodnie z przekładnią:

gdzie: ϑ - przekładnia autotransformatora; U1,U2 – napięcia pierwotne i wtórne; Z1,Z2 – liczby zwojów uzwojeń pierwotnego i wtórnego

Schematy transformatora i autotransformatora.

Na skutek galwanicznego połączenia obydwu uzwojeń uzyska się mniejsze zużycie ilości żelaza i miedzi do budowy autotransformatora. Ma to wpływ na zmniejszenie strat i wzrost sprawności autotransformatora, a w efekcie zmniejszenie masy, gabarytów i ceny.
Z porównania transformatora i autotransformatora o tych samych mocach przechodnich (wyjściowych), S_PRZECH wynika iż autotransformator ma mniejszą moc własną (budowy) S_WT :

a zatem jest lżejszy:

gdzie: SPRZECH – moc przechodnia (wyjściowa) autotransformatora; SWT – moc własna transformatora; mA, mT – masa odpowiednio autotransformatora i transformatora

Dla przykładu :

• jeśli moc przechodnia S_PRZECH = 100 kVA;
• napięcia pierwotne i wtórne U₁ = 230 V, U₂ = 115 V
• to moc własna (budowy) autotransformatora
• i odpowiednio stosunek masy autotransformatora do transformatora
   

Wynika stąd że do transformacji mocy 100 kVA przy zastosowaniu autotransformatora obniżającego wystarczy rdzeń odpowiadający mocy transformatora 50 kVA, a waga autotransformatora wyniesie około 60% wagi transformatora 100 kVA.

Zmniejszenie masy i gabarytów autotransformatora stanowi jego zaletę w porównaniu z transformatorem. Jednak autotransformatory posiadają też wady :

• galwaniczne połączenie obwodów pierwotnego i wtórnego autotransformatora, które powoduje iż wszelkie zakłócenia, przepięcia przenoszą się bezpośrednio na drodze przewodzenia do obwodu wtórnego.
• wszystkie zwarcia doziemne w sieci elektroenergetycznej są przenoszone przez autotransformatory, co może powodować ryzyko obniżenia poziomu bezpieczeństwa użytkowników.
• niższe napięcie zwarcia autotransformatora w porównaniu z transformatorem spowodowane niższą impedancją uzwojeń autotransformatora w porównaniu z transformatorem.:

gdzie: U_ZA, U_ZT – napięcia zwarcia odpowiednio autotransformatora i transformatora.

Dlatego zastosowanie autotransformatorów jest ograniczone. Znajdują one zastosowanie min. w systemach elektroenergetycznych do połączeń sieci o różnych poziomach napięć, w układach rozruchu dużych silników indukcyjnych klatkowych, w zastosowaniach laboratoryjnych, wszędzie tam gdzie dopuszcza się brak galwanicznego rozdziału obwodów pierwotnego i wtórnego oraz gdzie korzyści płynące z mniejszej masy i strat przewyższają nakłady związane z ograniczeniem prądu zwarcia.
Np. nie dopuszcza się stosowania autotransformatorów do zasilania urządzeń górniczych, medycznych czy okrętowych.

Autotransformator ELHAND typu EA3M-8/30kVA.

W zależności od mocy i rodzaju silników indukcyjnych ich rozruch może odbywać się przez:

• bezpośrednie włączenie do sieci zasilającej,
• obniżenie napięcia zasilającego silnik (przełącznik gwiazda/trójkąt lub autotransformator),
• zwiększenie rezystancji obwodu wirnika (rozrusznik),
• zmianę liczby par biegunów (przełącznik biegunów),
• zmianę częstotliwości napięcia zasilania (przekształtnik częstotliwości)

W celu ograniczenia prądu rozruchowego silników asynchronicznych klatkowych dużych mocy, można zasilić je napięciem obniżonym przez autotransformator. Rozruch autotransformatorowy jest w założeniu podobny do rozruchu z przełącznikiem gwiazda-trójkąt. W przypadku autotransformatora możemy jednak tak obniżyć napięcie na czas rozruchu silnika, aby prąd pobierany z sieci nie przekroczył wartości zadanej.

Korzyścią tego sposobu rozruchu jest to, że maleją prądy :

• płynący w uzwojeniu silnika I_RS – jest mniejszy o przekładnię autotransformatora:

• pobierany z sieci zasilającej w czasie rozruchu I₁ – jest mniejszy o kwadrat przekładni autotransformatora:

Wadą tego sposobu rozruchu jest to, że w takim samym stopniu co prąd pobierany z sieci maleje początkowy moment rozruchowy silnika M_PR:

gdzie: ϑ – przekładnia autotransformatora , I_P – początkowy prąd rozruchu przy zasilaniu silnika pełnym napięciem, I_RS – prąd płynący w uzwojeniu silnika, I₂ – prąd wtórny autotransformatora, I₁ – prąd pierwotny autotransformatora (pobierany z sieci zasilającej), M_PR – początkowy moment rozruchowy silnika przy zasilaniu z autotransformatora, M_P – moment początkowy rozwijany przez silnik przy pełnym napięciu.

Dlatego przy doborze przekładni autotransformatora rozruchowego należy zawsze upewnić się czy moment rozwijany przez silnik przy obniżonym napięciu jest większy od momentu oporowego napędzanej maszyny.

Układ rozruchowy silnika indukcyjnego klatkowego z autotransformatorem rozruchowym.

Przedstawiony na powyższym rysunku układ, jest często stosowanym rozwiązaniem przy rozruchu silników asynchronicznych. Rozruch następuje w dwóch etapach, bez występowania przerw beznapięciowych i trwa do kilkudziesięciu sekund.
Początkowo rozruch silnika przebiega przy zasilaniu przez autotransformator obniżonym napięciem przy zwartych stykach Q1 i Q2 i rozwartym Q3.
Prąd rozruchu w tym czasie jest ograniczany przez odpowiednio dobraną przekładnię autotransformatora.
W drugim etapie przy rozwartych stykach Q2 i Q3 silnik zasilany jest z sieci przez Q1 i szeregowo włączone indukcyjności części uzwojeń autotransformatora. Uzwojenia te pełnią rolę dławików ograniczających prąd rozruchu. Po osiągnięciu przez silnik odpowiedniej prędkości obrotowej przy zwartych Q1 i Q3 silnik zasilany jest pełnym napięciem bezpośrednio z sieci.
W razie konieczności i w porozumieniu z Odbiorcą, ELHAND wykonuje autotransformatory rozruchowe z kilkoma odczepami.
Należy pamiętać że wartość prądu rozruchu jest znacznie większa od prądu znamionowego autotransformatora.
Aby nie doprowadzić do przegrzania uzwojeń autotransformatora przy wielokrotnym rozruchu, ich temperaturę należy kontrolować przy użyciu czujników temperatury wmontowanych do wnętrza uzwojenia.

Autotransformator rozruchowy ELHAND typu EA3R z czujnikami temperatury.

Separacyjne transformatory medyczne są podstawowym elementem zestawów zasilających izolowaną sieć elektryczną „IT” w pomieszczeniach medycznych. W oparciu o wymagania normy EN 61558-2-15, transformatorom tym stawia się bardzo wysokie wymagania techniczne decydujące o bezawaryjnej i bezpiecznej eksploatacji.
Transformatory te mogą występować w wykonaniu jednofazowym (typ ET1MED) i trójfazowym (typ ET3MED). Zakres dopuszczalnych mocy określono w w/w normie w przedziale od 0,5 do 10kVA. Ponadto, ograniczono napięcie pierwotne – zasilające, które nie powinno przekraczać 1000V, a wtórne napięcie wyznaczono maksymalnie do 250V. Częstotliwość znamionowa medycznych transformatorów separacyjnych nie powinna przekraczać 500Hz.
Aby sprostać wymaganiom dotyczącym prądów upływności, w tych transformatorach stosuje się wzmocnioną izolację. Zgodnie z normą EN 61558-2-15 prąd upływu uzwojenia wtórnego transformatora do ziemi, mierzony w stanie bez obciążenia, nie powinien przekraczać 0,5 mA. Prąd upływu z ekranu do ziemi, mierzony w stanie obciążenia, nie powinien przekraczać 3,5 mA.
Kolejne wymagania dotyczą jałowego napięcia wtórnego, prądu jałowego i napięcia zwarcia. Różnica ΔW między napięciem wtórnym w stanie jałowym UWJ a napięciem wtórnym w stanie obciążenia UWOB, wyrażona w procentach napięcia wtórnego pod obciążeniem, nie powinna przekraczać 5%:

Prąd w stanie jałowym separacyjnych transformatorów medycznych powinien zostać ograniczony maksymalnie do 3% znamionowego prądu pierwotnego przy zasilaniu napięciem znamionowym, a napięcie zwarcia nie powinno przekroczyć 3% znamionowego napięcia zasilania.

Schematy połączeń medycznych transformatorów separacyjnych typu ET3MED i ET1MED.

Transformatory medyczne w stanach awaryjnych mogą pracować w przeciążeniu. Dopuszcza się przeciążenie na poziomie 1,6xIn w czasie jednej godziny lub 2xIn w czasie 30min. Nadzór nad temperaturą pracy transformatora sprawuje przekaźnik współpracujący z czujnikami temperatury. Transformatory medyczne typu ET1MED oraz ET3MED wyposażone są w czujniki temperatury PTC oraz PT1000 zamontowane w uzwojeniach, które pozwalają w skuteczny sposób kontrolować pracę transformatora.
Ważnym parametrem, na który zwraca uwagę norma EN 61558-2-15 jest prąd włączania udarowego. Przywołana norma wymaga, aby sama konstrukcja transformatora, bez zastosowania dodatkowych elementów w instalacji, ograniczała wartość prądu włączania udarowego do 12-to krotnej wartości szczytowej znamionowego prądu pierwotnego.

Przykładowy prąd włączania udarowego transformatora ELHAND typu ET1MED-6,3kVA w stanie obciążenia.

Układy przekształtnikowe zasilane są najczęściej za pośrednictwem transformatorów o parametrach dostosowanych do wymagań przekształtników.
Transformatory przekształtnikowe pracują w skrajnie trudnych warunkach. Ich prądy wtórne zawierają bardzo dużo harmonicznych. Skład jakościowy oraz ilościowy harmonicznych prądu zależy od układu przekształtnika, w którym transformator pracuje. W układach przekształtników z przewodem neutralnym prąd po stronie wtórnej transformatora przybiera kształt jednokierunkowych impulsów prostokątnych. Powoduje to podmagnesowanie rdzenia strumieniem zawierającym składową stałą. Jest to efekt niekorzystny z punktu widzenia energetycznego transformatora.
Transformatory przekształtnikowe są z reguły większe gabarytowo oraz cięższe od typowych transformatorów zasilających. Różnice te wynikają z celowego obniżenia indukcji w rdzeniu transformatora jeszcze na etapie projektu. Jest to podyktowane koniecznością ograniczenia nadmiernych strat powodowanych niezwykle wysoką zawartością wyższych harmonicznych w prądzie wtórnym.
Od transformatorów przekształtnikowych wymaga się aby oprócz dopasowania poziomu napięcia do wymogów odbiornika realizowały również ochronę zaworów przekształtnika. Transformatory przekształtnikowe posiadają znaczną indukcyjność rozproszenia, która ogranicza stromość narastania prądu przewodzenia tyrystorów. Mają też wzmocnioną izolację zwojową. Te właściwości powodują, że transformatory przekształtnikowe mają większe gabaryty i cenę w porównaniu z tradycyjnymi.

W zależności od układu przekształtnika, trójfazowe transformatory przekształtnikowe produkowane są w wielu odmianach. Jedną z najprostszych konstrukcji jest transformator dla układów przekształtników trójpulsowych. Uzwojenia pierwotne tych transformatorów najczęściej połączone są w trójkąt wtórne natomiast w gwiazdę z wyprowadzonym zaciskiem neutralnym (grupa Dyn ):
 

Schemat przekształtnika 3-pulsowego z przewodem neutralnym.

Więcej zastosowań znajdują transformatory wykonywane dla układów sześciopulsowych. Układ taki zasila się poprzez transformator lub dławiki sieciowe. Transformator stosuje się wtedy gdy konieczne jest dopasowanie napięcia wyjściowego przekształtnika do wymaganego napięcia odbiornika. Układ mostkowy przekształtnika nie wymaga wyprowadzenia przewodu neutralnego po stronie wtórnej transformatora, a jego uzwojenia mogą tworzyć następujące układy połączeń: Yy, Yd ,Dy, Dd.
Następnym rozwiązaniem konstrukcyjnym może być specjalny transformator do zasilania przekształtnika sześciofazowego. Uzwojenia pierwotne tego transformatora tworzą trójkąt, uzwojenia wtórne natomiast skojarzone są w układ sześciofazowy z wyprowadzonym zaciskiem neutralnym :

Schemat przekształtnika 6-pulsowego z wyprowadzonym przewodem neutralnym.

Kolejną liczną grupą transformatorów przekształtnikowych są transformatory pracujące w układach przekształtników złożonych wielopulsowych:

Schemat przekształtnika złożonego 12-pulsowego.

Transformatory znajdują wiele zastosowań w przemyśle okrętowym i stoczniowym. Mogą pracować na lądzie w urządzeniach stoczniowych jak i na jednostkach pływających we wszystkich strefach klimatycznych, zasilając obwody sterowania, oświetlenia czy realizując rozruch silników sterów strumieniowych.
Dlatego powinny spełniać obostrzone wymagania pracy (odporność na wibracje, udar, warunki klimatyczne), różniąc się rozwiązaniami konstrukcyjnymi od transformatorów do zastosowań lądowych.
Okrętowe transformatory mocy.
Transformatory tego przeznaczenia powinny spełniać wymagania norm EN(IEC)61558 i EN(IEC)60726, a także wymagania oddzielnych przepisów morskich towarzystw klasyfikacyjnych, nadzorujących budowę lub remont statku. Bez uznania lub bez certyfikatu tych towarzystw, zainstalowanie transformatorów na statku nie jest możliwe.
Statki budowane są najczęściej pod nadzorem n/w towarzystw klasyfikacyjnych:

• ABS – American Bureau of Shipping - USA
• BV – Bureau Veritas - Francja
• CCS – China Classification Society - Chiny
• DNV – Det Norske Veritas - Norwegia
• GL – Germanischer Lloyd - Niemcy
• LR – Lloyds Register of Shipping - Wielka Brytania
• NKK – Nippon Kaiji Kyokai - Japonia
• RINA – Registro Italiano Navale - Włochy
• PRS – Polski Rejestr Statków - Polska
• RMRS – Russian Maritime Register of Shipping - Rosja

Dla potrzeb okrętów Marynarki Wojennej NATO, transformatory powinny także posiadać certyfikat:

• AQAP – wydawany przez Wojskową Instytucję Narodową kraju należącego do NATO.

Okrętowy transformator mocy ELHAND typu ET3SM w obudowie IP23.

Autotransformatory rozruchowe sterów strumieniowych.
Autotransformatory rozruchowe typu EA3RM-COMPACT służą do rozruchu silników sterów strumieniowych. Autotransformatory te współpracują z silnikami o mocach od kilku kW do kliku MW. Poziomy napięć na odczepach, czas trwania rozruchu i wszelkie parametry określające warunki pracy maszyny są szczegółowo uzgadniane w fazie projektowania.
Metodę rozruchu za pomocą autotransformatora rozruchowego wykorzystuje się zwłaszcza w napędach dużych mocy gdy parametrem krytycznym jest prąd pobierany z sieci podczas rozruchu. W przypadku autotransformatora rozruchowego możemy dowolnie obniżyć napięcie na czas rozruchu silnika poprzez odpowiedni dobór przekładni, tak aby prąd pobierany z sieci nie przekroczył wartości zadanej.
Korzyści rozruchu autotransformatorowego:

• maleje prąd płynący w uzwojeniu silnika I_RS – jest mniejszy o przekładnię autotransformatora:

• maleje prąd pobierany z sieci zasilającej w czasie rozruchu I₁ – jest mniejszy o kwadrat przekładni autotransformatora:

• eliminuje się możliwość wyłączenia urządzeń statku, na skutek zbyt niskiego napięcia powstającego podczas bezpośredniego rozruchu silnika steru.

gdzie: ϑ – przekładnia autotransformatora, I_P – początkowy prąd rozruchu przy zasilaniu silnika pełnym napięciem, I_RS – prąd płynący w uzwojeniu silnika, I₂ – prąd wtórny autotransformatora, I₁ – prąd pierwotny autotransformatora (pobierany z sieci zasilającej).

Układ rozruchowy silnika indukcyjnego z autotransformatorem rozruchowym.

Rozruch następuje bez występowania przerw beznapięciowych, w dwóch etapach. Początkowo rozruch silnika przebiega przy zasilaniu przez autotransformator obniżonym napięciem przy zwartych stykach Q1 i Q2 i rozwartym Q3. Prąd rozruchu w tym czasie jest ograniczany przez odpowiednio dobraną przekładnię autotransformatora.
W drugim etapie przy rozwartych stykach Q2 i Q3 silnik zasilany jest z sieci przez Q1 i szeregowo włączone indukcyjności części uzwojeń autotransformatora. Uzwojenia te pełnią rolę dławików ograniczających prąd rozruchu. Po osiągnięciu przez silnik odpowiedniej prędkości obrotowej przy zwartych Q1 i Q3 silnik jest zasilany pełnym napięciem bezpośrednio z sieci.

Autotransformator rozruchowy ELHAND sinika steru strumieniowego typu EA3RM-COMPACT.

Transformatory bezpieczeństwa dla brygad pracujących w dokach stoczniowych.
W odpowiedzi na zapotrzebowanie przemysłu stoczniowego ELHAND opracował projekt przenośnego, trójfazowego transformatora bezpieczeństwa. Transformatory typu ET3oM przeznaczone są do zasilania napięciem bezpiecznym 42 lub 24 V, wydzielonych stanowisk roboczych w dokach stoczniowych. Zasilają urządzenia i elektronarzędzia używane przez brygady remontowe.
Przenośne transformatory bezpieczeństwa typu ET3oM produkujemy w wykonaniu morskim, w pierwszej klasie ochronności. Spełniają wymagania normy EN 61558 i przepisów PRS. Konstrukcyjnie transformator jest przystosowany do trudnych warunków stoczniowych oraz ma zwiększoną odporność na uszkodzeniamechaniczne. Ponadto szczelna obudowa o stopniu ochrony IP54 zabezpiecza transformator przed oddziaływaniem zanieczyszczeń i wilgoci.

Przenośny, trójfazowy transformator bezpieczeństwa ELHAND typu ET3oM do zasilania urządzeń ręcznych.

Transformatory z uzwojeniami w konfiguracji Vv.
Transformator z uzwojeniami w konfiguracji Vv może zmniejszyć niekorzystną asymetrię występującą w przypadku zasilania odbiornika jednofazowego z sieci trójfazowej.

Transformator specjalny typu ET3V1.
Problem zachowania symetrii obciążenia pojawia się szczególnie wtedy jeśli z sieci trójfazowej należy zasilić jednofazowy odbiornik o dużej mocy.
Tradycyjne zasilanie takich odbiorników napięciem międzyfazowym trójfazowej sieci wywołuje silną asymetrię w sieci elektrycznej, obciążając jedynie dwie fazy.
Z rysunku nr 1 wynika, że po zastosowaniu transformatora typu ET3V1, obciążone są wszystkie trzy fazy sieci zasilającej. W przedstawionym rozwiązaniu również występuje asymetria obciążenia, jednak znacznie mniejsza niż podczas zasilania odbiornika jednofazowego bezpośrednio z sieci. Poza tym z punktu widzenia bezpieczeństwa obsługi odbiornika, korzystne jest także galwaniczne rozdzielenie obwodów transformatora.

Zwiększenie symetrii obciążenia po zastosowaniu transformatora typu ET3V1.

Poprawne zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe transformatora Vv po stronie pierwotnej może powodować pewne trudności, ze względu na dwukrotnie większy prąd w fazie środkowej. W tej sytuacji należy wykonać obliczenia zwarciowe uwzględniając specyfikę konstrukcji transformatora, a następnie dobrać wkładki topikowe indywidualnie dla każdej fazy.

Konfiguracja połączeń uzwojeń transformatora typu ET3V1.

Transformator z uzwojeniami w układzie Vv trudno jednoznacznie zakwalifikować do transformatorów jedno- lub trójfazowych. Transformator taki zasilany jest napięciem z sieci trójfazowej natomiast obciążenie stanowi odbiornik jednofazowy. Transformator ten powstał poprzez modyfikację grupy połączeń Dy. Usunięte zostały uzwojenia pierwotne i wtórne z środkowej kolumny transformatora. Pozostałe dwie skrajne cewki połączono w konfiguracji Vv przedstawionej na rysunku 2.
Podstawową zaletą tak powstałego transformatora jest zdecydowane ograniczenie asymetrii obciążenia, co decyduje o zastosowaniu w technicznie trudnych sytuacjach, np.: do zasilania jednofazowych urządzeń podtrzymania napięcia (UPS) z sieci trójfazowej.
Specyficzna konstrukcja wpływa na parametry użytkowe maszyny.

Transformator ELHAND typu ET3V1.

Połączenia między dwoma różnymi obwodami elektrycznymi, lub między odbiornikiem a siecią elektryczną często realizuje się stosując elementy pośredniczące. Urządzenia te dopasowują parametry energii elektrycznej lub konfigurację sieci zasilającej do potrzeb odbiornika. Takim przykładem elementu pośredniczącego w połączeniu sieć – odbiornik jest transformatorowy układ Scotta.
Tworzą go jednofazowe transformatory pracujące w konfiguracji przedstawionej na poniższym rysunku. Jest on przykładem dopasowania trójfazowej sieci zasilającej oraz odbiornika dwufazowego lub grupy odbiorników jednofazowych.

Schemat połączeń transformatorowego układu Scotta.

Transformatory, bazowy T_b i dodawczy T_d, są jednofazowymi transformatorami o tych samych mocach. Po środku uzwojenia pierwotnego transformatora T_b wykonuje się odczep, który służy do połączenia z końcem uzwojenia pierwotnego transformatora T_d. Aby napięcia wtórne U_d i U_b transformatorów były równe, co do modułu transformatory muszą być zasilane z sieci symetrycznej oraz liczby zwojów uzwojeń pierwotnych muszą zachować następującą proporcję:

Jeśli konstrukcyjnie zapewniona zostanie taka proporcja pomiędzy zwojami pierwotnymi transformatorów, to przy równych liczbach zwojów uzwojeń wtórnych Z_2d=Z_2b uzyska się identyczne napięcia wtórne transformatorów Ud=Ub. W takim przypadku moduły prądów I_1U, I_1V oraz I_1W będą równe, a kąt przesunięcia fazowego między nimi wyniesie 2π/3.

Wykres topograficzny napięć oraz wykres wektorowy układu.

Ważną zaletą układu Scotta jest fakt, że przy symetrycznym obciążeniu dwufazowym również symetrycznie obciążona jest trójfazowa sieć zasilająca.
Transformatory pracujące w układzie Scotta znajdują częste zastosowanie w elektrotermii.

Zasilanie kolejowych przytorowych obwodów elektrycznych ze względu na bezpieczeństwo eksploatacji, odbywa się, najczęściej za pośrednictwem transformatorów separacyjnych, których parametry i konstrukcja dostosowane są do zmiennych i trudnych warunków pracy.
Najczęściej są stosowane do zasilania urządzeń blokad liniowych, do podgrzewania rozjazdów kolejowych oraz zasilania obwodów sterowania ruchem kolejowym.
Transformatory zasilające urządzenia samoczynnych blokad liniowych:
Transformatory te zasilają urządzenia sterowania ruchem kolejowym.

Transformator ELHAND do zasilania blokad liniowych typu ET3KOL-16kV.

Samoczynne blokady liniowe stosowane są w PKP na liniach o dużym natężeniu ruchu. Dzięki nim uzyskuje się zwiększenie przepustowości szlaku na którym zastosowano ten typ urządzeń sterowania ruchem kolejowym. Dzięki swojej budowie, zapewniają większe niż inne dawniej stosowane urządzenia liniowe bezpieczeństwo ruchu kolejowego. Warunkiem tego jest uzyskanie bezawaryjnego zasilania. Taką rolę pełnią obwody automatyki przemysłowej które z transformatorami zasilającymi stanowią całość.
Zasilanie odbywa się poprzez transformatory separacyjne typu ET3KOL. Transformatory instalowane są na obu krańcach linii zasilającej. Gwarantuje to rezerwę zasilania blokad w wypadku wystąpienia awarii jednego z nich. Odpowiednią sekwencją łączeń transformatorów steruje układ automatyki. Trójfazowe transformatory separacyjne w wykonaniu kolejowym ET3KOL dzięki specjalnej budowie oraz bardzo skutecznej impregnacji próżniowej przystosowane są do pracy w każdej strefie klimatycznej. Ograniczniki przepięć w połączeniu ze wzmocnioną izolacją powodują iż transformatory te odporne są na przepięcia łączeniowe oraz atmosferyczne. Duża odporność na przepięcia od strony zasilania podczas wyładowań atmosferycznych zmniejsza ilość występujących uszkodzeń elektroniki przytorowej, stosowanej w elementach oddziaływania tor-pojazd. W wyniku zastosowania tych transformatorów, uzyskuje się obniżenie kosztów eksploatacji (eliminacja napraw nadajników).

Transformatory zasilające systemy elektrycznego ogrzewania rozjazdów kolejowych EOR:
Transformatory zasilające systemy do ogrzewania rozjazdów kolejowych (EOR) są nietypowymi transformatorami separacyjnymi. Przystosowane są do eksploatacji w środowisku o bardzo dużej wilgotności oraz znacznych rocznych i dobowych amplitudach temperatur. Pracują zwykle w zespołach kilku transformatorów separujących obwody grzałek elektrycznego ogrzewania rozjazdów kolejowych. Są to układy najczęściej bezobsługowe, umieszczone w studzienkach lub skrzyniach na obrzeżach torowiska.
Pracują w zakresie temperatur otoczenia od -40OC do +10OC. Możliwa jest ich praca przy 20%-ym trwałym przeciążeniu bez szkody dla izolacji. Dodatkowo transformatory zalewane są żywicą – co sprawia, że są one wodoszczelne i całkowicie odporne na obecność wody mogącej pojawić się w skrzynce montażowej.
W odróżnieniu od transformatorów toroidalnych, mają niewielkie prądy załączania, ograniczone na etapie projektu. Mogą być zabezpieczane zwarciowo wyłącznikami nadprądowymi S301 o charakterystyce typu C.

Transformator ELHAND do zasilania ogrzewania rozjazdów typu ET1KOLŻ-2,5kVA.

Transformatory zasilające obwody sterowania ruchem kolejowym:
Te transformatory spełniają odpowiedzialną rolę w urządzeniach zabezpieczenia ruchu kolejowego.
Ich parametry techniczne muszą spełniać wymagania normy EN(IEC)61558 a także zaostrzone wymagania norm branżowych, dotyczące: prądów jałowych, odporności na zwarcia i przeciążenia czy temperatury pracy.
Nasza firma produkuje transformatory przeznaczone do zasilania kolejowych obwodów sterowania o mocach od 40 do 500 VA, typu ET1KOL.

Transformator ELHAND do zasilania kolejowych obwodów sterowania typu ET1KOL-0,70 kVA.

W wielu projektach występuje konieczność dostosowania gabarytów transformatora do istniejącej obudowy maszyny. Konstrukcja rdzenia pięciokolumnowego pozwala na zmniejszenie wysokości transformatora.
W rdzeniu pięciokolumnowym występują dwie zewnętrzne nie uzwojone kolumny stanowiące przedłużenie oraz połączenie jarzma dolnego z górnym. Zastosowanie takiego magnetowodu w trójfazowym transformatorze pozwala przy zachowaniu pełnej mocy transformatora i niezmienionych wymiarach kolumn zmniejszyć przekrój jarzm do ok. 60% przekroju jarzma w typowym rdzeniu trójkolumnowym.
W ten sposób uzyskujemy zmniejszenie wysokości transformatora o ok. 80% wysokości jednego jarzma.

Szkic ogólny rdzenia pięciokolumnowego.

Powyższy szkic przedstawia rdzeń trójfazowego transformatora pięciokolumnowego. Wyodrębniono części jarzmowe o różnych długościach (m`, m``, n), oraz różnych polach przekroju (Ajm`, Ajm``, Ajn).

W praktyce stosuje się kilka różnych konstrukcji rdzenia pięciokolumnowego:

• jednakowe przekroje wszystkich odcinków jarzmowych, równe od 50-58% przekroju kolumny (oznaczenie np 50/50)
• jarzma miedzy kolumnami głównymi o przekroju ok. 58%, a przekroje jarzm powrotnych ok. 45% przekroju kolumny (oznaczenie 58/45)
• przekroje wszystkich poziomych odcinków jarzm wynoszą ok. 58% przekroju kolumny, a przekroje pionowych odcinków jarzm powrotnych wynoszą ok.45% przekroju kolumny. (oznaczenie 58/58-45)

W produkowanych przez naszą firmę transformatorach pięciokolumnowych często stosujemy jednakowe przekroje wszystkich odcinków jarzmowych równe połowie przekroju kolumny – proporcja 50/50. W rozwiązaniu takim indukcja maksymalna jarzm kolumnowych wypada ok. 5% większa a w jarzmach domykających 5-10% mniejsza niż w kolumnach .

Proporcja wymiarowa rdzenia 50/50 zapewnia największą oszczędność materiału oraz optymalne dopasowanie rozmiarów transformatora do istniejącego korpusu maszyny.
Jarzma domykające w pięciokolumnowej konstrukcji rdzenia mogą stanowić drogę o niskiej reluktancji dla strumieni trzeciej harmonicznej i jej wielokrotności. Przepływ strumieni trzeciej harmonicznej powodowałby silne zniekształcenie strumieni w uzwojonych kolumnach, czego efektem byłaby niesinusoidalność napięć fazowych. Aby temu zapobiec należy pamiętać o połączeniu uzwojenia pierwotnego lub wtórnego transformatora w trójkąt(D), lub uzwojenia pierwotnego w gwiazdę z przewodem zerowym (YN).

Transformator pięciokolumnowy ELHAND typ ET3oGH.