Магнитопроводы трансформаторов

Виды магнитопроводов.

I По конструкции магнитопровода трансформаторы подраз-| деляются на стержневые и броневые.

Магнитопровод, или сердечник, однофазного стержневого трансформатора (рис. 12-2, а) имеет два стержня С, на которых размещаются обмотки, и два ярма Я, которые служат для создания замкнутого магнитопровода. Каждая из двух обмоток (/ и 2) состоит из двух частей, расположенных на двух стержнях, причем эти части соединяются либо последовательно, Либо параллельно. При таком расположении первичная и вторичная обмотки находятся близко друг от друга, что приводит к увеличению коэффициента электромагнитной связи [см. равенство (12-1)1.

Однофазный трансформатор броневой конструкции (рис. 12-2, б) имеет один стержень с обмотками и развитое ярмо, которое частично закрывает обмотки подобно «броне».

Для преобразования, или трансформации, трехфазного тока можно использовать три однофазных трансформатора (рис. 12-3), обмотки которых соединяются по схеме звезды или треугольника и присоединяются к трехфазной сети. Такое устройство называется трехфазной трансформаторной группой или групповым трансформатором. Чаще, однако, применяются трехфазные трансформаторы с общим для всех фаз сердечником, так как такие трансформаторы компактнее и дешевле.

Рис. 12-2. Устройство однофазного стержневого (а) и броневого (б) трансформаторов

Идея образования трехфазного трансформатора стержневого типа показана на рис. 12-4. Если для трехфазных синусоидальных токов соблюдается условие

то для синусоидальных потоков трех трансформаторов (рис. 12-4, а) также соблюдается условие

Поэтому, если объединить три стержня 1, 2 яЗ (рис. 12-4, а) в общий стержень, то поток в этом стержне будет равен нулю и этот стер-

Рис. 12-3. Трехфазная трансформаторная группа

Рис. 12-4. Идея образования трехфазного трехстержневого трансформатора

жень можно удалить. Тогда получим трехфазный трехстержневой трансформатор, показанный на рис. 12-4, б. Конструкцию этого трансформатора можно упростить, расположив все три стержня в одной плоскости (рйс. 12-4, в). Эта последняя конструкция была предложена М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. и получила всеобщее распространение. Такой сердечник не вполне симметричен, так как длина магнитопровода для средней фазы несколько короче, чем для крайних, однако влияние этой несимметрии весьма незначительно.

Трехфазный броневой трансформатор (рис. 12-5) можно рассматривать как три однофазных броневых трансформатора, поставленные рядом или друг над другом. При этом средняя фаза имеет

обратное включение относительно крайних, чтооы в соприкасающихся частях магнитной системы потоки фаз складывались, а не

вычитались. Так как -т-²—_г^- = 1/" 3, то при таком включении

средней фазы поток в соприкасающихся частях магнитной системы

уменьшается в j^3 раза, и во столько

же раз можно уменьшить сечение

этих частей сердечника. При этом

потоки во всех частях ярма равны

половине потока стержней.

В броневых трансформаторах коэффициент электромагнитной связи между обмотками несколько больше, чем в стержневых, и поэтому броневые трансформаторы в электромагнитном отношении несколько совершеннее. Однако это преимущество не имеет большого значения. Поскольку броневые трансформаторы сложнее по конструкции, в СССР силовых трансформаторов броневой конструкции не строят.

С увеличением мощности трансформаторов возрастают их размеры и трудности транспортировки по железным дорогам. Поэтому

Рис. 12-5. Устройство трехфазного броневого трансформатора

Рис. 12-6. Устройство ^ронестержневых трансформаторов

в трансформаторах мощностью S_H > 80 -т- 100 тыс. кв -а на фазу и напряжением 220—500 кв применяют бронестержневую или многостержневую конструкцию. Такие конструкции получаются, если у трансформаторов вида показанных на рис. 12-2, а и 12-4, б добавить слева и справа по одному боковому ярму (рис. 12-6). При этом магнитный поток в верхнем и нижнем ярмах разветвляется и в случае, изображенном на рис. 12-6, а, уменьшается в два раза, а в случае на рис. 12-6, б — в У^Граза по сравнению с рис. 12-2, а и 12-4, б. Во столько же раз можно уменьшить сечение этих ярем, в результате чего высота сердечников уменьшается.

Преимущественно применяются трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой. Трехфазные группы однофазных трансформаторов используются, во-первых, при весьма больших мощностях (5_Н > 300 тыс. кв -а), когда транспорт трехфазного трансформатора становится весьма затруднительным или невозможным, и, во-вторых, иногда при S_a > 30 тыс. кв -а, когда применение однофазных трансформаторов позволяет уменьшить резервную мощность на случай аварии и ремонта.

Конструкция сердечников. По способу сочленения стержней с ярмами различаются трансформаторы со стыковыми (рис. 42-7, а, б) и шихтованными (рис. 12-8) сердечниками. В первом сдучае стержни и ярма собирается отдельно и крепятся друг с другом с помощью стяжных шпилек, й в места, стыков во избежание замыкания Листов и возникновения значительных вихревых токов ставятся изоляционные прокладки. Во втором случае стержни и ярма собираются вместе как цельная конструкция, причем Листы стержней и ярем отдельных слоев собираются в переплет. При стыковой конструкции наличие не-адагниедш зазоров в местах стыков адаывзет заметнее увеличение магнитного сопротивления еердечник? н вследствие этого увеличение намагничивающею твка. Кроме того, наличие изоляционных прокладок не дает

полной гарантии от возможности замыкания листов стали. Поэтому стыковые Сердечники применяются редко.

У броневых сердечников сечения стержней прямоугольные, а стержневые и бронестержневые сердечники имеют в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность (12-9, а, б). В последнем случае обмотки имеют вид круговых цилиндров и вследствие ступенчатого сечения сердечника коэффициент заполнения сталью полости обмотки получается ^бльшим. Такая конструкции с точки зрения расхода материалов, уменьшения габаритов и стоимости изготовления трансформатора, а также механической проч-ноети обмоток является наиболее рациональной. Число ступеней сердечника увеличивается с увеличением мощности. В мощных трансформаторах в сечении сердечника предусматриваются каналы

Рис. 12-S. У? «ладка л исто р стали? слоях шихтованивд сердечников одаефазрлх (_а) и треж-фаз^ых Щ т^аясфориагоров

для его охлаждения циркулирующим трансформаторным маслом (рис. 12-9, б).

Для упрощения технологии изготовления ярем их се'чение берется прямоугольным или с небольшим числом ступеней

Рие. 12-9. Формы сечения стержней трансформаторов

Рис. 12-10. Формы сечения ярем трансформаторов

(рис. 12-10). Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении сердечника. Площади сечения ярем

Рис. 12-11. Стяжка стержней трансформаторов средней мощности

1 — деревянная планка, 2 —

изоляционный цилиндр,

3 — деревянный стержень

Рис 12-12. Стяжка стержней трансформаторов большой мощности

/ — стальная шпилька; 2 — трубка из < 5аке-

лизированной бумаги, 3 и 5 — шайбы из

электротехнического картона, 4 — стальная

шайба

выбираются так, чтобы индукция в них была на 10—15% меньше, чем в стержнях. Стяжка стержней трансформаторов средней (до 800—1000 /оз-а) и большой мощности показана на рис. 12-11 и 12-12. Ярма трансформаторов стягиваются с йомощью деревянных или стальных балок. Для весьма мощных трансформатороа применяются и более сложные конструкции сердечников.

В однофазных трансформаторах весьма малой мощности (до 150—200 в-а) применяется броневая конструкция сердечников. При этом стремятся к наибольшему упрощению их изготовления и сборки, а также к уменьшению отходов листовой стали. Обычно штамповка листов сердечника производится по одному из вариантов, изображенных на рис. 12-13 и 12-14. В первом случае лист вырубается одним ударом штампа и имеет прорезь п; при сборке средний лепесток временно отгибается и вводится внутрь катушки обмотки, лепесток последующего листа вводится внутрь катушки с противоположного, торцового, ее конца и т. д. Во втором случае одновременно вырубаются Ш-образные листы Ш1 и Ш2 и ярмовые листы fll и fl2 (рис. 12-14, а), из которых составляются два слоя листов сердечника (рис. 12-14, б). При этом листы вводятся внутрь катушки также поочередно с одного и второго ее конца.

Сердечники силовых трансформаторов собираются из листов электротехнической стали толщиной 0, 35 или 0, 5 мм марок Э41, Э42, Э43 или Э310, Э320, ЭЗЗО. Применение холоднокатаной стали в последние годы все больше расширяется.

Межлистовая изоляция осуществляется путем односторонней оклейки листов стали изоляционной бумагой толщиной 0, 03 мм или двустороннего покрытия изоляционным масляным лаком.

Индукции в стержнях трансформаторов мощностью 5 кет и выше находятся в пределах 1, 2— 1, 45 тл для горячекатаных сталей и 1, 5—1, 7 тл для холоднокатаных сталей у масляных трансформаторов и соответственно 1, 0—1, 2/шг и 1, 1—1, 5 тл у сухих трансформаторов.

Рис. 12-13. Сердечник трансформатора небольшой мощности

Рис. 12-14. Раскрой листов (а) и укладка сердечника (б) трансформатора небольшой мощности

Обмотки трансформаторов

Конструкция обмоток трансформаторов должна удовлетворять условиям высокой электрической и механической прочности, а также нагревостой-кости. Кроме того, технология изготовления обмоток должна быть по возможности простой и недорогой, а электрические потери в обмотках должны находиться в установленных пределах. Конструкции обмоток в зависимости от номинального тока и номинального напряжения обмотки весьма разнообразны.

Обмотки изготовляются из медного, а в последнее время часто также из алюминиевого провода. Плотность тока в медных обмотках масляных трансформаторов находится в пределах 2—4, 5 а/мм², а в сухих трансформаторах 1, 2—3, 0 а/мм². Верхние пределы относятся к более мощным трансформаторам. В алюминиевых обмотках плотность тока на 40—45% меньше. Для изготовления обмоток применяются круглые провода сечением 0, 02—10 мм² и прямоугольные сечением 6—60 мм². Во многих случаях витки и катушки обмоток наматываются из определенного количества параллельных проводников.

Обмотки масляных трансформаторов изготовляются из проводов с эмалевой и хлопчатобумажной изоляцией (круглые сечения)

Рис. 12-15. Концентрические (а) и чередующиеся-(б) обмотки

и из проводов, изолированных двумя слоями кабельной бумаги и хлопчатобумажной пряжей (прямоугольные сечения). В сухих силовых трансформаторах применяются провода с нагревостойкой изоляцией из стекловолокна.

По способу расположения на стержнях и по взаимному расположению обмоток высшего напряжения ВН и низшего напряжения НН обмотки разделяются на концентрические (рис. 12-15, а) и чередующиеся (рис. 12-15, б). В первом случае обмотки ВН и НН

расположены относительно друг друга и вокруг стержня концентрически, причем ближе к стержню обычно находится обмотка НН, так как изоляция обмотки от стержня при этом облегчается. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Чередующиеся обмотки имеют более полную электромагнитную связь, однако они сложнее в изготовлении и в случае высоких напряжений изоляция обмоток друг от друг усложняется. Поэтому в силовых трансформаторах обычно применяются концеЁтрические обмотки, разновидности которых кратко рассматриваются ниже.

Многослойные цилиндрические обмотки (рис. 12-16) изготовляются из круглых или прямоугольных проводников, которые размещаются вдоль стержня в несколько слоев, причем между слоями прокладывается изоляция из кабельной бумаги. При большом количестве слоев обмотка подразделяется на две концентрические катушки, между которыми оставляется канал для охлаждения. Эти обмотки применяются при мощностях на стержень 5_СТ «g; 200 т -а, при токе на обмотку стержня /_ст =^ 135 а и напряжения (/_л „ ==^ 35 кв,

Многослойные цилиндрические катушечные обмотки (рис, 12-17) наматываются из круглого провода и состоят из многослойных дисковых катушек, расположенных вдоль стержня. Между катушками (через каждую катушку или через две-три катушки) могут быть оставлены радиальные каналы для охлаждения. Такие обмотки применяются на стороне высшего напряжения при 5_СТ ^ 335 кв -а, /_ст =sc 45 а и и_{я- н} «^ 35 кв.

Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки (рис. 12-18) наматываются из одного или нескольких (до четырех) параллельных

Рис 12-16. Многослойная цилиндрическая обмотка

Рис. 12-17. Многослойная цилиндрическая катушечная обмотка

прямоугольных проводников и применяются при S_CT«s200 ква, /_ст < 800 а и и_я н =s£ 6 кв.

Винтовые обмотки (рис. 12-19) наматываются из ряда параллельных прямоугольных проводников (от 4 до 20), прилегающих друг к другу в радиальном направлении. При большом количестве параллельные проводники могут располагаться также в каждом витке в несколько слоев в аксиальном направлении или же обмотка выполняется многоходовой, т. е. параллельные проводники разбиваются на 2—4 группы и каждая группа образует самостоятельный винтовой ход обмотки.

Когда в радиальном направлении рядом располагается несколько параллельных проводников, то ток распределяется между ними Неравномерно, что вызывает увеличение потерь. Причиной неравномерного распределения тока является то, что такие элементарные витки, состоящие из одного параллельного проводника, сцепляются с разными по величине магнитными потоками и в них индуктируются разные э, д. с. Такая разница в потокосцеплениях

обусловлена магнитными потоками рассеяния (см. § 14-1 и 14-4), которые проходят в пространстве, занимаемом обмотками. Иными словами, можно сказать, что причиной увеличения потерь являются вихревые токи, индуктируемые магнитным полем в про-

Рис 12-18 Двухслойная цилиндрическая обмотка

Рис 12-19 Винтовая обмотка

водниках обмотки и вызывающие явление поверхностного эффекта. Вследствие этого активное сопротивление обмотки увеличивается.

Для обеспечения достаточно равномерного распределения тока между проводниками необходимо произрести транспозицию (перекладку) параллельных проводников, образующих виток (рис. 12-20). При полной транспозиции каждый проводник занимает в радиальном направлении поочередно все положения воз- _Рис, _{т Схемы ц}_ можные в пределах одного витка. Часто _{ной тра}нспозиции парал-производится только частичная транс- дельных проводников позиция проводников. Транспозиция осуществляется в нескольких местах по высоте стержня.

Винтовыми выполняются обмотки низшего напряжения при S_CT ^ 45 кв -а и /_ст Ss 300 а.

Непрерывная спиральная катушечная обмотка (рис. 12-21) выполняется из прямоугольного провода и состоит из нескольких десятков дискообразных катушек, причем катушки наматываются по спирали и соединяются друг с другом без пайки. Если виток состоит из нескольких параллельных, проводников, то производится их транспозиция. Такие обмотки применяются при S_CT Ss 60 к» -а, /_ст S& 20 а, £ /_л._н Sa 2 кв. Последние два типа обмоток являются в механическом отношении наиболее устойчивыми и способны выдерживать значительные осевые усилия, так как состоят из дискообразных элементов, имеющих в радиальном направлении достаточные размеры.

Радиальные и аксиальные каналы между катушками и слоями обмотки образовываются путем установки прокладок и реек, склеенных и спрессованных из электротехнического картона. При небольших мощностях и невысоких напряжениях цилиндриче-, ские обмотки надеваются на стержень сердечника и крепятся относительно его деревян* ными клиньями и планками, которые играют также роль изоляции. В остальных случаях применяются мягкие изоляционныегцилиндры' из листов электротехнического картона или жесткие цилиндры из рулонного электротехнического картона на бакелитовом лаке. Наружная и внутренняя обмотки также крепятся относительно друг друга с помощью реек. Изоляция между обмоткой и ярмом выполняется из колец, шайб и прокладок, изготовляемых из электротехнического картона. При высоких напряжениях в случае надобности между обмотками и баком трансформатора ставятся изоляционные барьеры из электротехнического картона.

В весьма мощных трансформаторах применяются также более сложные виды обмоток.

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться: