ргр1 эльмаш (Теория трехфазного трансформатора), страница 2

Форма сечения стержней:а – трансформаторов малой и средней мощности;б – трансформаторов большой мощностиПо способу сочленения стержней с ярмами различают стыковуюи шихтованную конструкции стержневого магнитопровода (рис. 2.4).aбРис. 2.4. Конструкции магнитопроводов:а – стыковая, б – шихтованнаяПри стыковой конструкции (рис. 2.4, а) стержни и ярма собираютраздельно, насаживают обмотки на стержни, а затем приставляют верхние и нижние ярма, заранее положив изолирующие прокладки междустыковыми элементами, с целью ослабления вихревых токов, возникающих при взаимном перекрытии листов стержней ярм. После установки двух ярм всю конструкцию прессуют и стягивают вертикальнымишпильками.

Стыковая конструкция хотя и облегчает сборку магнито8провода, но не получила распространения в силовых трансформаторахиз-за громоздкости стяжных устройств и необходимости механическойобработки стыкующихся поверхностей для уменьшения магнитного сопротивления в месте стыка.Шихтованная конструкция магнитопроводов силовых трансформаторов показана на рис. 2.4, б, когда стержни и ярма собирают слоями «переплет». Обычно слой содержит 2–3 листа.В настоящее время магнитопроводы силовых трансформаторов изготовляют из холоднокатаной электротехнической стали, у которой магнитные свойства вдоль направления прокатки лучше, чем поперек.

Поэтомупри шихтованной конструкции в местах поворота листов на 90° появляются зоны несовпадения направления прокатки с направлением магнитного потока. На этих участках наблюдается увеличение магнитного сопротивления и рост магнитных потерь. С целью ослабления этого явленияприменяют для шихтовки пластины (полосы) со скошенными краями.2.2.2. ОбмоткиОбмотки трансформаторов средней и большой мощности выполняютиз обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой. Основойобмотки в большинстве случаев является бумажно-бакелитовый цилиндр, на котором крепятся элементы (рейки, угловые шайбы и т.

п.),обеспечивающие обмотке механическую и электрическую прочность.По взаимному расположению на стержне обмотки разделяются наконцентрические и чередующиеся.Концентрические обмотки выполняют в виде цилиндров, размещаемых на стержне концентрически: ближе к стержню обычно располагаютобмотку НН (требующую меньшейизоляции от стержня), а снаружи –ННобмотку ВН (рис.

2.5).Концентрические обмотки в конструктивном отношении разделяютна несколько типов. Рассмотрим некоторые из них.1. Цилиндрические однослойныеили двухслойные обмотки из проводаВНпрямоугольного сечения (рис. 2.6, а)используют главным образом в качестве обмоток НН на номинальный Рис. 2.5. Концентрическая обмоткатрансформатораток до 200 А.92. Винтовые одно- и многоходовые обмотки выполняют из нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения. Витки укладывают по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов (рис. 2.6, б).Для того чтобы все параллельные проводники одинаково нагружалисьтоком, выполняют транспозицию (перекладку) этих проводников.абвгРис.

2.6. Концентрические типы обмоток3. Непрерывные обмотки (рис. 2.6, в) состоят из отдельных дисковых обмоток (секций), намотанных по спирали и соединенных междусобой без пайки, т. е. выполненных «непрерывно». Если обмотка вы10полняется несколькими параллельными проводами, то в ней применяют транспозицию проводов. Непрерывные обмотки, несмотря на некоторую сложность изготовления, получили наибольшее применениев силовых трансформаторах как в качестве обмоток ВН, так и в качестве обмоток НН. Это объясняется их большой механической прочностью и надежностью.4.

Цилиндрическая многослойная из круглого провода (рис. 2.6, г). Цилиндрические обмотки из круглого провода применяются в качестве обмотки высокого напряжения до 35 кВ. В трансформаторах небольшоймощности возможно применение этого типа обмотки и в качестве обмотки низкого напряжения.2.2.3. Бак масляного трансформатораВ трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом. Трансформаторное масло, омывая обмотки и магнитопровод, через стенкибака и трубы радиатора отдает ее в окружающую среду. Трансформаторное масло обеспечивает более надежную работу высоковольтныхтрансформаторов, так как обладает изолирующими свойствами. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и весмасляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности.В трансформаторах небольшой мощности до 30 кВА бак трансформатора выполняют гладкими, а в более мощных трансформаторах дляувеличения поверхности охлаждения применяют трубчатые баки и бакис радиаторами.2.2.4.

Крышка бака и выводыНа крышке бака трансформатора размещается целый ряд деталей,из которых наибольшее значение имеют:– вводы обмотки ВН и НН, служащие для подсоединения обмотоктрансформатора к электрическим сетям и состоящие из фарфоровогоизолятора и токоведущего стержня;– расширитель, представляющий собой цилиндрический сосуд из листовой стали, устанавливаемый над крышкой бака и соединяемый с нимтрубопроводом. Уровень масла в расширителе должен быть таким, чтобы при всех обстоятельствах бак был целиком заполнен маслом.

Так какповерхность масла в расширителе гораздо меньше, чем в баке, а температура масла в расширителе значительно ниже, чем в верхней части бака,то процесс окисления масла при соприкосновении с воздухом идет медленнее;11– газовое реле. Между расширителем и баком устанавливается газовое реле, сигнализирующее о возникающей в трансформаторе неполадке или, если последняя имеет аварийный характер, отключающее трансформатор от сети;– выхлопная труба. При коротком замыкании в обмотках трансформатора вследствие образования в баке газов и резкого повышения давления бак трансформатора может быть поврежден.

Для предотвращения разрушения бака служит выхлопная труба. Она представляет собойстальной, обычно наклонный цилиндр, сообщающийся с баком и закрытый сверху стеклянным диском; при определенном давлении диск выдавливается, газы вместе с маслом выбрасываются из бака наружу.2.3. Принцип действия трансформатораПринцип действия рассмотрим на примере однофазного двухобмоточного трансформатора, электромагнитная схема которого приведена нарис. 2.7.Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока –к электрической сети с напряжением u1. Ко вторичной обмотке 2 присоединяют нагрузку (потребитель), условно представленную сопротивлением нагрузки ZH.3aАu12e1e21u2ZHxXФРис. 2.7. Электромагнитная схема однофазного трансформатора:1, 2 – первичная и вторичная обмотки; 3 – магнитопровод12Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшегонапряжения (ВН), а низкого напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН).

Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и Х; обмотки НН – буквами а и х.Рассмотрим принцип действия трансформатора. При подключениипервичной обмотки к сети переменного тока с напряжением u1 по обмотке потечет ток i1, который создает переменный магнитный потокФ, замыкающийся по магнитопроводу. Магнитный поток Ф сцепляется с витками первичной и вторичной обмоток и в соответствии с законом электромагнитной индукции наводит в первичной обмотке ЭДСсамоиндукцииe1= – w1dФ,dtво вторичной обмотке – ЭДС взаимной индукцииe2 = – w2dФ.dtВ режиме холостого хода цепь вторичной обмотки разомкнута, токi2 = 0 и напряжение u2 = e2.

При этом для контура первичной обмоткитрансформатора согласно закону Кирхгофаu1 = – e1 + i0 r1.Если пренебречь падением напряжения в активном сопротивлениипервичной обмотки i1r1 из-за его малости, то получим соотношениеu1 + e1 = 0,т. е. напряжение, приложенное к первичной обмотке, практически полностью уравновешивается индуцированной в этой обмотке ЭДС.Если питающее напряжение u1 изменяется по синусоидальному закону u1 = U1m sin ωt, то основной магнитный поток и ЭДС в обмотках изменяются также синусоидально.

Следовательно, связь между действующими значениями ЭДС обмоток и потоком определяется выражениямиE1 = 4,44 f w1Фm;E2 = 4,44 ƒ w2Фm.Соответственно отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках13e1/ e2 = E1/ E2 = w1/ w2.Из приведенного выше выражения видно, что, выбирая соответствующее соотношение числа витков обмоток, можно при заданном напряжении сети u1 получить требуемое напряжение на выходе трансформатора u2. При этом если u1 > u2, то w1 > w2 и трансформатор называютпонижающим, если u1 < u2, то w1 < w2 – повышающим.Если вторичную обмотку трансформатора подключить к сопротивлению нагрузки ZH, то по вторичной обмотке потечет переменный токi2. По магнитопроводу замыкаются потоки Ф1 и Ф2, создаваемые токами первичной и вторичной обмоток.Результирующий поток при нагрузке равен потоку при холостомходеФ1 + Ф2 = Ф0 .При переходе от режима холостого хода к режиму нагрузки магнитный поток практически не изменяется, так как одновременно с появлением тока во вторичной обмотке ток в первичной обмотке увеличивается.

Увеличивающийся при нагрузке трансформатора ток i1 не толькокомпенсирует размагничивающее действие тока i2 и поддерживает магнитный поток постоянным (Ф ≈ const), но и обеспечивает поступлениев трансформатор из сети мощности, отдаваемой потребителю электрической энергии, подключенному ко вторичной обмотке.2.4.