REPARAREA UNUI TRONSFORMATOR PENTRU
AUTOMATIZARI INDUSTRIALE
Repararea unui transformator pentru automatizari industriale implica de la inceput cunoasterea destinatie de functionare a acestuia, puterii furnizate de acesta in schema de automatizare, a tensiunilor de alimentare si de iesire. Mai este necesara uneori, in functie de aplicatie, si timpul de mentinere sub tensiunea acestuia.
Toate aceste data sunt date de proiectare necesare in vederea repararii transformatorului si pentru realizarea unui grad mare de fiabilitate.
Vom considera ca avem un transformator folosit in instalatii de automatizare, montat intr-un dulap electric neventilat, cu un timp de co 24524u207y nectare la tensiune foarte lung (procent de conectare 100%), cu urmatoarele date caracteristice electrice :
- tensiunea de alimentare U =220V ( primar )
- tensiunea de iesire U=24V ( secundar )
- puterea ceruta in secundarul transformatorului P= 100W
- frecventa de lucru f=50 Hz
Prima etapa in cadrul repararii transformatorului este masurarea pachetului de tole. Acest lucru se realizeaza in acest curent deoarece transformatorul are pachetul de tole strans, este rigid si este usor de vizualizat cotele.
O obeservatie importanta in acest moment este vizualizarea cu mare atentie a conturului exterior al jugurilor si coloanelor transformatorului pentru a se puteadetermina eventualelescurtcircuitari ale tolelor. Aceste defectiuni pot aparea fie din fabricatie , fie dintr-o manipulare gresita la transport , fie prin loviri in cazul reparatiilor efectuate in zona in care transformatorul a fost montat ca sa functioneze.
Este importanta determinarea momentului aparitie acestor defectiuni ( scurticircuitari ale tolelor ) deoarece atunci cand acestea sunt majore pot cauza incalzirea excesiva a transformatorului si arederea lui.
Tolele miezului feromagnetic prin care se include campul magnetic variabil in timp, al transformatorului , sunt izolate intre ele pentru a se micsora pierderile produse de curentii turbionari.
In conditiile in care temperatura de functionare a transformatorului depaseste cu 8°-10° C temperatura admisibila a materialului izolant folosit are ca urmare reducerea duratei de functionare a acestuia la jumatate.
In figura 1a si 1b se pot vedea cotele miezului feromagnetic al transformatorului inainte ca acesta sa fie demontat in vederea refacerii bobinajului deteriorat
Se are in vedere si masurarea ferestrelor pentru a se cunoaste cotele pana la care este permisa efectuarea bobinajului.
Se examineaza eventualele atingeri ale bobinajului la miezul feromagnetic . Eventualele atingeri putand fi cauza determinarii transformatorului. Aceste lucruri trebuiesc evitate cand se va bobina din nou transformatorul. Se va tine seama de dimensiunile carcasei de izolatie pe care se efectueaza bobinajul si de izolatiile dintre straturile de bobinaj.
CALCULUL TRANSFORMATORULUI
Calculul incepe intotdeauna de la secundar
P2 =U2 · I2 , cunoastem P2 = 100 W
U2 = 24 V
I2 = P2 / U2 = 100W / 24W = 4,16 A
Transferul de energie din primar in secundar facandu-se cu anumite pierderi , randamentul transformarii, η este subunitar , putand fi considerat intotdeauna de cel putin 0,8 ( 80 % )
Pierderile mentionate mai sus sunt datorate aparitiei curentilor turbionari , pierderilor prin efect joule ( incalzire ) a bobinelor in timpul functionariisi alte tipuri de pierderidatorate tipului de materiale folosite la constructia transformatorului.
Puterea absorbita de primar are in acest caz valoarea maxima :
P1 = P2 / η = 1,25 · P
P1 = 1,25 · 100 W = 125 W
Tensiunea U1 este intotdeauna cunoscuta : curentul maxim absorbit de primar are valoarea :
I1 = P1 / U1 = 125W / 220V = 0, 57 A
Curentul maxim in secundarul transformatorului
I2 = P2 / U2 = 100W / 24V = 4,16 A
Din masurarile effectuate rezulta suprafata miezului bobinei.
Sm =35 mm x 32 mm = 1120mm2
Aceasta valoare este suprafata masurata a fierului. Suprafata reala a fierului este:
SFe =0,9 · Sm =1120 · 0,9 =1008 mm2
deoarece tolele din care este confectionat transformatorul sunt isolate electric , iar stratul de izolatie nu trebuie luat in calcul. El reprezinta aproximativ 10 % din suprafata reala.
Calculul real pe spira:
Usp = √2 · л · f · B · SFe [ V / spira ]
Unde f = frecventa la care lucreaza transformatorul f = 50 Hz
B = inductanta magnetica
S = suprafata fierului circuitului magnetic
Alegem pentru B valoarea de 1T pentru afolosi cat mai eficient caracteristicile tablei de ferosiliciu din care este confectionat circuitul magnetic
Rezulta : Ub = √2 · 3,14 · 50 · 1 · 0,0010m2 = 0,22 V / spira
Conform formulei rezulta ca pe fiecare spira bobinata se va obtine o tensiune de 0,22V , atat in primar cat si in secundarul transformatorului. Sub o alta forma numarul de spire pe volt va fi :
N = 1/Ub [spire/volt] , rezulta N= 1/0,22 = 4,5 spire/ volt
N1 = numarul de spire din primarul transformatorului
N1 = 4,5 · 220 V = 990 spire
N2 = numarul de spire din secundarul transformatorului
N2 = 4,5 · 24 V = 108 spire
Din datele obisnuite pana cumse observa ca raportul de transformare al transformatorului se poate determina fie din raportul termenilor :
U1/ U2 = 220V/24V =9,166 , fie din raportulnumarului de spire :
N1/ N2 = 990/108 = 9,166
Etapa urmatoare o constitue alegerea diametrelor minime pentru conductoarele infasurarilor. Acestea sunt determinate de valorile maxime ale curentilor ce urmeaza sa le parcurga prin intermediul densitatii de curent J :
J = I/S , unde J - A/mm2
I - in A , B - sectiunea conductorului fara isolator, in mm2
Diametrul conductorului se calculeaza cu relatia
d = √4s/л ≈ 1,13√I/j
Pentru transformatoarele mici se admite , in general , o densitate de curent de 2 ... 2,5A/ mm2. De exemplu , pentru J=2A/ mm2 diametrul conductorului ( fara izolator ) se ia :
d = 0,8 √I
Pentru primarul transformatorului vom avea :
d1 = 0,8√I1 = 0,8 · √0,57 = 0,603 mm
pentru secundarul transformatorului vom avea :
d2 = 0,8√I2 = 0,8 · √4,16 = 2,03 mm
Rezulta ca pentru primarul transformatorului vom folosi conductor de 0,6 mm si vom avea 990 de spire , iar pentru secundar vom folosi conductor de 2mm si vom avea 108 spire
Trebuie avut in vedere ca diametrul conductorului izolat este ami mare si vom avea din tabelele de caracteristici ale conductoarelor de bobinaj urmatoarele dimensiuni :
Pentru d1 = 0,6 mm -- d1 iz = 0,659 mm
d2 = 2mm -- d2 iz = 2,1 mm
Diametrele mai sus mentionate sunt importante pentru modul de asezare al spirelor in carcasa si tinand cont de latimea si lungimea ferestrelor transformatorului ( ariile acestor ferestre ).
Din figurile 1a si 1b rezulta ca aria ferestrei transformatorului este :
AFereastra = 57,5 x 21,2 = 1219 mm2 = 12,19 cm2
Se observa usor ca circuitul magnetic al transformatorului este construit din tole de tip 'E' + tole tip 'I' . Se observa ca lungimea ferestrei este 57,5mm iar lungimea tolei de tip 'I' este dubla fata de lungimea ferestrei = 115 mm. Aceste tole pentru transformatoare se obtin prin stantare la rece din platbandele de latime = 115 in matrite care lucreaza in doi pasi . La pasul 1 se decupeaza tola tip 'I' iar la cel de al doilea pas tola de tip 'E' astfel incat tabla este folosita fara pierderi de material .
Dupa ce au calculat AFereastra = 12,19 cm2 trebuie sa vedem dca conductorul des pentru bobinare intra in aceasta fereastra.
Din calcule simple rezulta ca intr-un centimetru patrat suprafata in cazul conductorului ales pentru primar va intra un numar de spire .
10 x 10mm/d1 iz = 10 x 10mm/0,659mm = 15,17spire x 10randuri = =151,7 spire/cm2
Suprafata oupata de infasurarea primarului transformatorului va fi :
Sp = 990spire/ 151,7 spire/ cm2 = 6,52 cm2
Acelasi calcul si pentru infasurarea secundarului transformatorului.
10mm / d1 iz x 10randuri = 10mm/2,1mm x 10 = 47,61spire/ cm2
Ssec = 108 spire/47,61spire/cm = 2,26 cm2
Insumand suprafetele Sp + Ssec ≈8,8 cm2 observam ca suprafata ocupata de bobinaj in cadrul ferestrei transformatorului este mai mica.
AFereastra > Sp + Ssec
Trebuie tinut seama ca pe langa ariile Sp + Ssec se mai adauga grosimile izolatorii dintre straturile de bobinare , grosimea carcasei si a izolatiei exterioare a bobinajului transformatorului. Desi diferenta este mare intre arii , acesta este un lucru bun deoarece ne parmite sa cunoastem dinainte grosimile izolatiilor pe care le vom folosi. In acest fel se poate face un calcul economic ca sa ne indrume ca folosim o izolatie de clasa inferioara din punct de vedere dielectric si sa marim grosimea acesteia ( de exemplu la cartonul de prespan ) .
Odata terminata operatiunea de calcul a transformatorului se trece la demontarea acestuia .
Se demonteaza suruburile de strangere ale jugurilor de intarire si fixare a transformatorului 1 si 7 din figura 1a si 1b.
Se desfac conexiunile de la rigleta de conexiuni electrice si se indeparteaza jugurile.
Acum tolele transformatoruluisunt stabilite si daca transformatorul nu a fost imersatin loc de impregnare dupa prima bobinare acestea vor putea fi extrase din carcasa de bobina cu usurinta.
Daca transformatorul a fost impregnat in lac atunci tolele vor trebui deslipite cu mare grija pentru a nu deteriora suprafata izolata a acestora.
La demontare se va observa cu ochiul liber suprafata care este acoperita izolatorul electric ( de obicei acesta are o alta culoare decat cea a materialului ). Tolele vor fi asezate cu grija pe aceeasi parte dupa ALIMENTARE. In acest fel vom ajunge sa avem carcasa de bobinare si bobinele ( arse ) fara circuitul magnetic al transformatorului. Acum vom indeparta stratul de hartie izolatoare de la exteriorul bobinei si vom incepe scoaterea scoaterea sirmei de bobinaj de pe carcasa. Inainte de acest lucru ne vom asigura ca aceasta carcasacva mai putea fi folosita ( nu este afectata in nici un fel de arderea transformatorului ).
Pentru siguranta se prefera construirea unei noi carcase pentru bobina dupa cotele celei vechi. Aceasta pentru ca desi la examinarea vizuala carcasa recuperata arata bine, se intampla ca ea sa fie strapunsa dielectric ( invizibil cu ochiul liber ) si sa produca probleme ulterior. La constructia noii carcase se va folosi material nou de buna calitate care se va lipi cu lac de bachelita si se va tine la uscat in cuptoare ventilate.
In cazul nostru vom bobina prima data primarul transformatorului. Bobinarea se va face cu atentie , spira langa spira folosind o masina de bobinat cu numarator. Conductorul de bobinaj va avea clasa de izolatie E 9 avand temperatuara admisibila de 120º C ) - cu izolatie din email pe baza de rasini formal - polirimilice, epoxidice.
Intre straturile de infasurare ( dupa fiecare strat ) se va aseza un strat de hirtie electroizolanta. Intre infasurarile ; primar si secundar se va izola cu carton prespan in doua straturi . Intre infasurarile( straturile de prespan ) se va introduce o foita subtire de tabla de cupru care va ecrana infasurarea primara. Aceasta foita de cupru folosita la ecranare se va conecta la borna de impamantare . Acest lucru este necesar deoarece transformatorul va fi montat intr-un dulap de automatizare langa aparate electronice care pot fi influentate de campurile electrice si magnetice ale transformatorului .
Aceasta ecranare a primarului reduce considerabil influentele campului magnetic si electric asupra aparatelor din jurul transformatorului. La fel ca si in cazul primarului , infasurarea secundara se izoleaza dupa umplerea fiecarui strat.
La finalul bobinarii , la exteriorul bobinajuluise aplica doua-trei straturi de prespon de 0,3 mm grosime . Pentru toate lipiturile hartiei si presponului se foloseste lac de bachelita. Capetele de bobinaj ale conductorului se vor lasa initial mai lungi .
Dupa executia bobinarii transformatorul se va ansambla . Se vor introduce tolele in interiorul carcasei bobinei . Operatia se va excuta cu atentie pentru anu se distruge bobinajul prin zgarierea acesteia cu tolele de tip 'E' ce trebuiesc introduse in bobina. Se va acorda atentie deosebista pastrarii ordinului de montaj 'E'+'I' si a orientarii fetelor izolate ale tolelor (tot timpul izolatia sa fie intre tole).
Dupa montarea tolelor acestea vor fi stinse cu jugurile de stingere si de fixare.
Dupa asamblarea transformatorului acesta se introduce si se mentine o perioada de timp necesara impregnarii acestuia cu locul de bachelita.
Dupa aceasta se va lasa sa se scurga si se va introduce intr-o incinta incalzita si ventilata pentru operatia de uscare. Temperatura de uscare se alege in functie de tipul de izolatie al conductorului , al locului de impregnare si a caracteristicilor celorlalte materiale folosite la bobinare. Pentru acest tip de transformator vom alege o temperatura de uscare de 90º C timp de 2 ore. Intr-o etuva cu ventilatie si sistem de omogenizare atemperaturii.
Dupa uscare se vor curata si ajusta la lungime conductorul de bobinaj si se va introduce in rigleta de conexiuni
Ultima operatie este probarea in gol si in sarcina a transformatorului. Aceste probe se efectueaza masurand tensiunile si curentii din primar si secundar si temperatura de functionare a transformatorului .
|
