Что такое ярмо в трансформаторе: что это такое, стержень, расположение обмоток, схемы

что это такое, стержень, расположение обмоток, схемы

Электротрансформатор можно разобрать на несколько деталей, главные из которых катушки и магнитопровод, который также состоит из различных деталей, одна из которых – ярмо трансформатора.

Устройство магнитной системы

Услышав название “ярмо электротрансформатора” появляется вопрос – что это такое? Естественно, это не имеет отношения к лошадиной упряжи.

Магнитная система электротрансформатора изготавливается из различных ферримагнитных материалов. В сети с частотой 50Гц это листовая электротехническая сталь.

Все элементы магнитопровода имеют свое название:

• остов – магнитная система в собранном виде с дополнительными элементами;
•  стержень трансформатора – часть, на которой расположены катушки;
•  ярмо в трансформаторе — это часть, на которой нет обмоток и служащий для замыкания магнитного потока.

Элементы соединяются между собой таким образом, чтобы сопротивление магнитному потоку было минимальным.

Справка! В некоторых аппаратах специального назначения в магнитной системе есть зазор из воздуха или немагнитного материала.

Взаимное расположение элементов магнитопровода

Расположение обмоток в трансформаторе делит электротрансформаторы на две группы:

•  Трансформатор стержневого типа. Это однофазные аппараты с двумя стержнями и двумя катушками на О-образном магнитопроводе. В стержневом трансформаторе расположение обмоток является симметричным.
• Броневые. Однофазные устройства имеют Ш-образные магнитные системы, а в трехфазных каждая катушка находится на отдельном стержне. Ярмо в трансформаторе броневого типа находится по сторонам от катушек, защищая (бронируя) их от механических повреждений. Его сечение составляет 1/2 сечения стержней.

Ярма относительно стержней в аппаратах располагаются различным образом:

• Плоское расположение. Все составляющие магнитопровода находятся в одной плоскости. Самое распространенная конструкция в электротрансформаторах малой и средней мощности. Стержневые аппараты всегда являются плоскими.
• Пространственное расположение. Элементы находятся в разных плоскостях. Используется для уменьшения габаритов и в ВЧ аппаратах.
• Симметричное положение. Стержни одной формы и одинаково расположены относительно ярм. Примером является однофазный трансформатор стержневого типа на Ш-образном сердечнике.
• Несимметричная система. В этой конструкции все детали могут отличаться друг от друга по форме, размеру и расположению.

Способы сборки магнитной системы

Есть два способа сочленения элементов магнитопровода – стыковое и шихтованное соединение.

Стыковая магнитная система

В этой конструкции ярмо и стержни соединяются в систему после монтажа обмоток. Сборка аппарата такого типа производится двумя способами в зависимости от конструкции:

• в аппаратах, в которых магнитопровод изготовлен из полос электротехнической стали состоит из 4 (в трёхфазных из 8) С-образных деталей они соединяются меду собой при помощи стального корпуса;
• в устройствах, в которых детали магнитопровода изготовлены из колец, состоящих из цельной полосы, все детали соединяются при помощи электросварки.

Достоинством этого соединения является в простоте сборки, а недостаток в увеличенном сопротивлении магнитному потоку и повышенных потерях на вихревые токи.

Шихтованные магнитопроводы

В шихтованных магнитопроводах его конструкция состоит из отдельных пластин прямоугольной и (или) Ш-образной формы. Эти пластины укладываются впереплет (шихтуются) в катушках электротрансформатора после намотки обмоток.

Магнитная система с шихтованным способом соединения отличается бОльшей трудоемкостью при сборке, но меньшими потерями во время работы.

Ярмо — это одна из составных частей электротрансформатора, не менее важная, чем другие элементы. Поэтому для конструирования аппаратов необходимо знать, что такое ярмо и какую функцию оно выполняет в трансформаторе.

ярмо трансформатора — это… Что такое ярмо трансформатора?

ярмо трансформатора

ярмо́ трансформа́тора

Русско-украинский политехнический словарь.
2013.

• ярмо магнита
• ярунок

Смотреть что такое «ярмо трансформатора» в других словарях:

• ярмо электротехнического изделия — Часть магнитной системы электротехнического изделия, на которой или вокруг которой обмотка не расположена. [ГОСТ 18311 80] ярмо Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи [ГОСТ… …   Справочник технического переводчика

• ярмо (магнитной системы) трансформатора — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN transformer yoke …   Справочник технического переводчика

• Ярмо (значения) — Ярмо  элемент упряжи. Ярмо (югер)  мера площади у древних римлян, а затем и у славян. Ярмо  часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи …   Википедия

• Ярмо — 3. 6. Ярмо Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи (черт. 1, 2) Источник: ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые. Термины и определения оригинал документа Смотри также родственные… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ярмо с плоской шихтовкой — стержень (ярмо) с плоской шихтовкой Стержень (ярмо) магнитной системы, в котором плоские пластины различной или одинаковой ширины расположены так, что плоскости всех пластин параллельны [ГОСТ 16110 82] Тематики трансформатор Классификация… …   Справочник технического переводчика

• боковое ярмо — Ярмо, соединяющее два конца одного и того же стержня. Примечание. Можно различать боковую часть бокового ярма, ось которой параллельна продольной оси стержня, и его торцевую часть, ось которой перпендикулярна этой оси [ГОСТ 16110 82]… …   Справочник технического переводчика

• торцевое ярмо — Ярмо, соединяющее концы двух или более разных стержней [ГОСТ 16110 82] Бронестержневая магнитная система трансформатора: 1 стержень; 2 торцевая часть бокового ярма; 3 боковое ярмо; 4 боковая часть бокового ярма; 5 торцевое ярмо Тематики… …   Справочник технического переводчика

• ГОСТ 16110-82: Трансформаторы силовые. Термины и определения — Терминология ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые. Термины и определения оригинал документа: 8.2. Аварийный режим трансформатора Режим работы, при котором напряжение или ток обмотки, или части обмотки таковы, что при достаточной… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Трансформатор — У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения). Трансформатор силовой ОСМ 0,16 Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт …   Википедия

• Сварочное оборудование —         машины, аппараты и приспособления, необходимые для изготовления из заготовок сварных изделий. Комплекс технологически связанного между собой С. о. для выполнения сварочных работ при том или ином участии сварщика называется сварочным… …   Большая советская энциклопедия

• Магнитная система — 7.1.1. Стержень (ярмо) с плоской шихтовкой Стержень (ярмо) магнитной системы, в котором плоские пластины различной или одинаковой ширины расположены так, что плоскости всех пластин параллельны Источник: ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые. … …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Ярмо — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Ярмо — трансформатор

Cтраница 2

На рис. 51 показан аппарат трансформаторного типа, представляющий собой ярмо из магнитомягкого железа ( чаще всего ярмо трансформатора) с соленоидами, на которые подается переменный ток с разной частотой, подбираемой для каждого случая. Аппараты такого типа применяют чаще для лабораторных исследований.
 [16]

Тиристор пропускает положительную полуволну тока в обмотку управления ( ни -), состоящую из четырех катушек, расположенных на расщепленном ярме трансформатора. Катушки соединены таким образом, что суммарная ЭДС, наводимая в них переменным потоком основной частоты, равна нулю. Постоянный же поток, замыкающийся в разветвленном ярме, насыщает его, вытесняя основной переменный поток первичной обмотки в шунт и уменьшая связь вторичной обмотки с первичной.
 [17]

Трансформатор с дросселем имеет не только электрическое соединение, но и магнитное. Одно из ярм трансформатора является одновременно частью магнитной системы дросселя.
 [18]

Для получения резонансных явлений при стандартной частоте ( 50 гц) в качестве дросселя с выдвижным сердечником весьма удобно воспользоваться универсальным разборным трансформатором школьного типа, оставив в нем только катушку с пометкой 220 в. Выдвижным сердечником служит ярмо трансформатора. Между ярмом и стержнями сердечника следует проложить тонкую полоску бронзы, чтобы можно было плавно двигать ярмо нажатием пальца или с помощью специального винта.
 [20]

Верхние концы обмотки НН выравнивают, выгибают плашмя, укладывают рядами, загибают и изолируют по чертежу. Конструкция изоляции обмоток от верхнего и нижнего ярм трансформатора одинакова. На обмотки укладывают такие же изоляционные детали, как и под обмотки, но в обратной последовательности. Устанавливают междуфазные перегородки, укладывают междуфазные электрокартонные щитки, закрывающие ярмо, верхнюю ярмовую и уравнительную изоляции. Укладывают электрокартонную шайбу и устанавливают прессующее стальное кольцо. При установке прессующих колец необходимо следить за правильным расположением прорези кольца по отношению к обмотке и за тем, чтобы кольцо не оказалось перевернутым.
 [21]

После проверки продувают обмотки и магнитопровод сухим сжатым воздухом, при этом не допускается применение металлического наконечника на воздушном шланге. После продувки замеряют сопротивление изоляции обмотки стяжных шпилек, прессующих ярмо трансформатора. Если изоляция обмоток трансформатора окажется ниже нормы, требуется их сушка. Сушка может быть проведена одним из следующих способов: в сушильной камере с электрическим или паровым обогревом с естественной тягой; воздуходувкой с электрическим обогревом; в вакуумном шкафу с обогревом путем короткого замыкания обмоток. Сушку выполняют в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
 [22]

Сухие трансформаторы осматривают, проверяют надежность контактных соединений, протирают изоляторы и тщательно продувают трансформатор сжатым ( воздухом. Проверяют также сопротивление изоляции обмоток и сопротивление изоляции шпилек, прессующих ярмо трансформатора, коэффициент трансформации на всех ступенях напряжения, надежность действия всей аппаратуры, установленной для защиты трансформатора.
 [23]

После проверки продувают обмотки и магнитопровод сухик сжатым воздухом, при этом не допускается применение металлического наконечника на воздушном шланге. После продувки заме ряют сопротивление изоляции обмоток и стяжных шпилек, прессую щих ярмо трансформатора. Если изоляцщ обмоток трансформатора окажется ниже нормы, то требуется и; сушка. Сушка может быть проведена одним из следующих спосо бов: в сушильной камере с электрическим или паровым обогревол с естественной тягой; воздуходувкой с электрическим обогревом в вакуумном шкафу с обогревом способом короткого замыкание обмоток. Сушка производится в соответствии с инструкцией завода изготовителя.
 [24]

Ввиду отсутствия изоляции на ввинчиваемых в брус болтах не может происходить ее смятие, которое обычно представляет собой слабое место при стяжке ярма шпильками. Благодаря этому применением ярмовых брусьев удается создать очень надежную и сравнительно простую конструкцию стяжки ярма трансформаторов вплоть до самых больших мощностей. Для того чтобы осуществить удовлетворительную конструкцию стяжки ярма мощного трансформатора одними шпильками ( без брусьев), нужно поставить большое их число. Такое устройство весьма сложно.
 [26]

У этих трансформаторов вторичная обмотка секционирована. Большая часть ее витков ( 60 — 70 %) расположена, как у трансформаторов с нормальным рассеянием, а около 30 — 40 % витков находятся между верхним и средним ярмами трансформатора. Плавная регулировка режима достигается подмагничиванием среднего и верхнего ярма. Положительная особенность этих трансформаторов — это отсутствие подвижных частей, что повышает надежность их работы, а наличие подмагничиваемого шунта позволяет сделать управление режимом сварки дистанционным.
 [27]

У этих трансформаторов вторичная обмотка секционирована. Большая часть ее витков ( 60 — 70 %) расположена, как у трансформаторов с нормальным рассеянием, а около 30 — 40 % битков находятся между верхним и средним ярмами трансформатора. Плавная регулировка режима достигается подмагничиванием среднего и верхнего ярма. Положительная особенность этих трансформаторов — это отсутствие подвижных частей, что повышает надежность их работы, а наличие подмагничиваемого шунта позволяет сделать управление режимом сварки дистанционным.
 [28]

Диаметры описанных окружностей стержней, их сечение и ширина пластин каждого пакета нормализованы и должны выполняться в строгом соответствии с отраслевой нормалью. Форма поперечного сечения ярма не связана с формой обмотки и поэтому нет необходимости приближать сечение ярма к кругу. Сечение ярма трансформаторов I, II габаритов выполняют прямоугольной, Т — образной и крестообразной формы. Для лучшего распределения магнитного потока у трансформаторов III-VIII габаритов сечение ярма, как правило, выполняется повторяющим сечение стержня. Для обеспечения достаточной жесткости магнитопровода пластины стержней и ярм должны быть спрессованы и скреплены как бы в одно целое. На рис. 26.3, а, б показаны наиболее применяемые способы прессовки ярма, а на рис. 26.4, а, б — стержня.
 [29]

Пока основные работы ведутся на установках Токамак ( тороидальная камера в магнитном поле), предложенных советскими учеными. В тороидальной камере создается плазма из впрыснутого газообразного дейтерия при сравнительно невысоком давлении. Эта камера одета на ярмо трансформатора, и в ней индуктируется кольцевой ток, который, ионизуя дейтерий, образует плазму и удерживает ее от соприкосновения со стенками с помощью собственного магнитного поля. Удержание плазмы обеспечивается тем, что силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно току и охватывают плазменный виток. Кроме того, ток, протекая по плазме, нагревает ее. Однако сам по себе такой плазменный виток с электрическим током неустойчив. Для придания ему устойчивости на поверхность камеры надеваются катушки, создающие большое магнитное поле, напряженность которого во много раз превышает напряженность поля, создаваемого током, а силовые линии параллельны току в плазме. Это магнитное поле придает жесткость всему плазменному шнуру с протекающим по нему током. Недавно введена в строй экспериментальная термоядерная установка Токамак-10, завершающая долговременную программу разработок и исследований, проводимую в Институте атомной энергии им.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

Конструктивные элементы магнитопровода

В конструктивном отношении современный силовой трансформатор состоит из трех основных частей – магнитной системы, обмоток и системы охлаждения и, кроме того, у трансформатора имеются вспомогательные приспособления – это устройства  регулирования напряжения и защиты.

Конструктивной и механической основой трансформатора является магнитная система, представляющая собой комплект пластин из электротехнической стали, собранных в определенной геометрической форме.
В магнитной системе различают стержни и ярма. Стержни – это листы магнитной системы, на которых установлены обмотки. Ярма – части магнитного провода, объединяющие стержни в общую магнитную систему трансформатора.  По способу сборки различают: шихтованные магнитные системы, ярма и стержни, которых собираются в переплет из плоских пластин как единая цельная конструкция; стыковые магнитные системы, ярма и стержни которых, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы устанавливаются встык и скрепляются специальными стяжными конструкциями.

Поперечное сечение стержня имеет вид симметрической ступенчатой фигуры, вписанной в окружность. Количество ступеней определяется по числу углов стержня в одной четверти круга, может быть различным. За счет увеличения количества ступеней растет коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно увеличивает число типов пластин, имеющих различные размеры, это усложняет заготовку и сборку магнитной системы.
Магнитная система трансформатора собирается из пакетов пластин тонколистовой электротехнической стали толщиной 0,28 мм, 0,3 мм, 0,35 мм.

Стержни и ярма шихтованной магнитной системы должны быть стянуты и скреплены так, чтобы остов представлял собой достаточно жесткую конструкцию как механическую основу трансформатора.
Прессовка стержней может осуществляться различными способами. При мощности до 630 кВА и диаметре стержня до 22 см прессовка осуществляется путем забивки деревянных клиньев реек и планок между стержнями и обмоткой или ее жестким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром. Стержни трансформаторов мощностью от 1000 кВА и выше, при диаметре более 22 см, стягиваются бандажами из стеклоленты, расположенными по высоте стержня на расстоянии

12–15 см один от другого. Возможна также стяжка стержней бандажами из стальной ленты на расстоянии 24 см друг от друга. Эти бандажи должны замыкаться пряжками и  заземляться во избежание накопления на них электрических зарядов.
Стержни стыковой пространственной магнитной системы собираются из пластин разной ширины, одинаковой длины и также стягиваются бандажами.

Ранее при изготовлении магнитопровода из горячекатаной стали стяжка ярма осуществлялась ярмовыми балками, стянутыми шпильками, проходящими сквозь ярмо и изолированными от стали ярма и балок. Это оказалось не рациональным, так как необходимо было выполнить отверстия для шпилек в пластинах ярма и стержня.   Поэтому в магнитных системах современных трансформаторов мощностью до 6300 кВА шпильки, стягивающие ярмовые балки, выносятся за пределы ярма.
В трансформаторах большой мощности от 10000 кВА и выше ярмо прессуется при помощи стальных полубандажей, стягивающих две ярмовые балки. Вертикальные шпильки, стягивающие ярмовые балки, располагаются поблизости от наружных поверхностей обмоток ВН и должны быть надежно изолированы.

На практике в основном применяются трансформаторы с плоской трехстержневой магнитной системой. У неё есть недостаток – магнитная несимметрия, которая компенсируется простотой конструкции.
Применение симметричных магнитных систем для магнитопроводов трансформаторов расширяется, несмотря на сложность таких конструкций, ограничивающих их практическое использование.

На рис. 1 показан порядок шихтовки магнитопровода трехстержневого  трехфазного  с плоской магнитной системой.
На рис. 2,  а, б, г  представлены различные варианты сечения ярма для стержня ступенчатой формы (рис. 2, в) с соответствующим соотношением сечения пакетов ярма и стержня.

Различные способы прессовки ярм магнитопроводов показаны на рис. 3.
Для пояснения конструкции пространственно симметричной магнитной системы приведен рис. 4.

При проектировании трансформатора студентами магнитная система выбирается самостоятельно. Но для упрощения расчетов рекомендуется принимать плоскую трехстержневую магнитную систему.
При выборе способа прессовки стержней рекомендуется пользоваться табл. 1.

Рис. 1. Порядок сборки трехфазного, плоского магнитопровода трехстержневого типа: а – собираемого впереплет (шихтованного) с «прямыми стыками»  в четырех углах; б – то же с  «косыми стыками»; в – стыкового;
г – шихтованного с «косыми стыками» во всех углах

Рис. 2. Различные формы  сечения ярма: а – многоступенчатая; б – с тремя ступенями; в – сечение стержня; г – прямоугольная. Цифрами показано соотношение сечений пакетов стержня и ярма

Рис. 3. Различные способы прессовки ярма ярмовыми балками: а – внешними шпильками; б – стальными полубандажами; в – сквозными шпильками

Рис. 4. Симметричная магнитная система трехфазного трансформатора

Таблица 1
Выбор способа прессовки стержней и ярм, формы сечения

и коэффициента усиления ярма для современных масляных
и сухих трансформаторов

Расшихтовка верхнего ярма магнитопровода трансформатора

Расшихтовку верхнего ярма магнитопровода производят вручную. Она заключается в том, что вынимают пластины 1 верхнего ярма (рисунок 1), начиная с крайних, причем вынутые пластины у трансформаторов I и II габаритов укладывают по пакетам непосредственно у рабочего места (на стеллаже), где ведется сборка. Пластины верхнего ярма трансформаторов III и IV габаритов укладывают на специальные стеллажи. При расшихтовке очень важно сохранить порядок чередования пластин, в котором они были заложены в верхнее ярмо при сборке магнитопровода. Надо учитывать, что в ярмо заложены разные пластины: короткие и длинные. Расшихтовку ведут очень аккуратно, чтобы не повредить изоляцию отдельных пластин магнитопровода.

1 — пластины верхнего ярма, 2 — детали, подготовленные для сборки, 3 — ярмовая изоляция
Рисунок 1 — Расшихтовка верхнего ярма магнитопровода трансформатора I габарита

При расшихтовке верхнего ярма магнитопровода трансформаторов I и II габаритов одновременно вынимают 9—12 пластин одного пакета. Расшихтовку верхнего ярма магнитопровода трансформатора III или IV габарита ведут в зависимости от того, как он был собран: в две или три пластины, т.е. одновременно вынимают из ярма по две или три пластины. Верхнее ярмо магнитопровода трансформаторов мощностью выше 1000 кВА обычно расшихтовывают сразу с двух сторон, постепенно снимая технологические П-образные скобы, стягивающие ярмо. Поскольку скорость расшихтовки ярма с каждой стороны может быть неодинаковой, расшихтовка не всегда заканчивается на середине ярма. Чтобы не ошибаться при шихтовке, место, откуда вынимают последнюю пластину, отмечают киперной лентой, прокладываемой между пластинами стержня. Если магнитопровод имеет один охладительный канал, то он и служит местом раздела.

Укладку расшихтованных пластин верхнего ярма на стеллажи или в контейнеры ведут строго в том порядке, в котором они находились в ярме, т. е. крайние пластины ярма должны быть самыми нижними, на них укладывают последующие пластины и т. д. Выполнение этого условия совершенно необходимо, так как шихтовку верхнего ярма после насадки обмоток начинают именно с тех пластин, которые были вынуты из ярма последними и находятся па стеллажах или контейнере сверху. При правильной укладке за ними идут следующие позиции пластин, каждая из которых ставится точно на то место, откуда была вынута.

Строго соблюдают правило, по которому шихтовку всегда начинают с того места, где была окончена расшихтовка. Если в процессе расшихтовки будет нарушена последовательность укладки пластин, это приведет к неправильной шихтовке и трудоемкой работе по разборке пластин и укладке их по позициям в порядке расшихтовки. Перед снятием контейнеров с расшихтованными пластинами с механизированных стеллажей необходимо пометить стороны магнитопровода.

Основные части трансформатора | О трансформаторах | Архивы

Страница 2 из 5

Трансформатор состоит из сердечника, обмоток, бака с маслом (если трансформатор масляный), на котором размещены проходные изоляторы (вводы) и расширитель.

Рис. 2. Стержневые трансформаторы: а — однофазный, б — трехфазный

1 — стержень, 2 — ярмо, 3 — обмотка низшего напряжения, 4 — обмотка

высшего напряжения
А. Сердечник трансформатора. В сердечнике трансформатора принято выделять следующие части: стержни, на которых расположены катушки обмотки, и ярма, соединяющие стержни в общую магнитную цепь. Сердечники бывают двух типов: стержневые и броневые. Тип сердечника часто дает название и трансформатору.

В стержневом сердечнике стержни и ярма соединены последовательно. В однофазном трансформаторе (рис. 2, а) каждая из обмоток. располагается на двух стержнях, а в трехфазном (рис. 2, б) на одном стержне.

В броневом трансформаторе (рис. 3) магнитная цепь имеет две параллельные ветви и значительная часть поверхности обмотки охватывается сердечником. Магнитный поток в ярме вдвое меньше, чем в стержне, поэтому их можно выполнять вдвое меньшего сечения, как показано на рис. 3,а. В трехфазном броневом трансформаторе (рис. 3, б) для уменьшения магнитного потока в ярмах, общих для двух фаз, обе катушки среднего стержня включаются таким образом, чтобы направление магнитной оси этих катушек было противоположно направлению магнитных осей катушек крайних стержней.

Рис. 3. Броневые трансформаторы: а — однофазный, б — трехфазный

1 — стержень, 2 — ярмо, 3 — обмотка низшего напряжения, 4 — обмотка высшего напряжения

Рис. 4. Трансформатор с разветвленной магнитной цепью: а — однофазный, б — трехфазный

В отечественной промышленности броневые сердечники применяются только в трансформаторах малой мощности или в специальных трансформаторах. В современных трансформаторах большой мощности и высокого напряжения для перевозки в собранном виде по железным дорогам необходимо уменьшение высоты трансформатора, которое достигается применением сердечника с разветвленной магнитной цепью (рис. 4).

Рис. 6. Укладка полос шихтованного сердечника из холоднокатаной стали

Рис. 5. Укладка полос шихтованного сердечника трехфазного трансформатора: а — нечетный слой, б — четный слой

Сердечник трансформатора промышленной частоты собирается из полос электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. Применяется горячекатаная сталь марок Э41, Э42, Э43 и холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, Э330. Для уменьшения потерь от вихревых токов отдельные полосы изолируются друг, от друга пленкой лака.

Рис. 1. Двухрамный сердечник

По способу соединения стержня с ярмом различают сердечники стыковые и шихтованные. В стыковых сердечниках стержни и ярма собираются отдельно и после укладки катушек объединяются в один сердечник. В шихтованных сердечниках стержни и ярма собираются впереплет (рис. 5). Затем полосы верхнего ярма вынимаются и после установки катушек снова укладываются на место. Стыковые сердечники получаются очень простыми в сборке и ремонте, однако в местах стыка возникают значительные потери от вихревых токов вследствие взаимного перекрытия полос стержней и ярем. Во избежание этого в стыках помещают тонкие изоляционные прокладки, которые, однако, уменьшают магнитную проводимость сердечника, но не устраняют полностью возможность замыкания полос между собой. Поэтому в настоящее время стыковые конструкции не применяются.

В стыках шихтованных сердечников также имеются дополнительные зазоры и потери от вихревых токов, однако значительно меньше, чем в стыковых сердечниках.

В холоднокатаной стали магнитные свойства значительно лучше вдоль проката, чем поперек, поэтому при повороте линий магнитного потока целесообразен скошенный стык между стержнем и ярмом (рис. 6).

Сердечники мощных однофазных трансформаторов выполняют двухрамными (рис. 7), Для улучшения охлаждения в таких сердечниках между его частями оставляется канал для циркуляции охлаждающего масла, значительно увеличивающий поверхность охлаждения. Ширина канала 12—20 мм обеспечивается изоляционными прокладками.

Рис. 8. Сечение стержня: а — трансформатора малой мощности, б — трансформатора большой мощности

Поперечные сечения стержней стержневых трансформаторов выполняются ступенчатыми (рис. 8). При увеличении количества ступеней улучшается использование площади внутри катушки для распределения магнитного потока, но усложняется изготовление

стержня. Ступени состоят из пакетов, собранных из полос одинаковой ширины. При больших диаметрах стержня между пакетами оставляют каналы для улучшения охлаждения.

Рис. 9. Сечение ярма: а — квадратное, б — ступенчатое

При масляном охлаждении ширина канала 5—6 мм и при воздушном охлаждении до 20 мм.

Броневые трансформаторы имеют прямоугольное сечение стержня с отношением  сторон 1 : 2 или 1 : 3, большая сторона прямоугольнику — в направлении сборки сердечника.

Сечение ярма обычно прямоугольное (рис. 9, а) или с небольшим количеством ступеней (рис. 9, б), причем каждый пакет и канал стержня сочетаются с пакетом и каналом ярма. Для увеличения магнитной проводимости сердечника и уменьшения потерь в стали обычно сечение ярма превышает на 10—15% сечение стержня.

Прессовка пакетов стержней в трансформаторах малой и средней мощности осуществляется при помощи деревянных планок, забиваемых между стержнем и изоляционным цилиндром, на котором намотана катушка обмотки (рис. 10, а). В трансформаторах большой мощности (более 1000 кВА на стержень) пакеты стержня стягиваются одним или двумя рядами стальных шпилек, изолированных относительно стержня трубками и шайбами из слоистого пластика — гетинакса или текстолита (рис. 10, б). Стяжка ярем осуществляется деревянными или стальными балками.

В трансформаторах малой мощности промышленной частоты применяется горячекатаная сталь тех же марок, что и в крупных трансформаторах. При увеличении частоты необходимо уменьшать толщину листа стали до 0,2—0,1 мм и при частоте порядка 1000 Гц оправдано применение прессованных сердечников из ферритов.

Для уменьшения количества стыков сердечник собирается из пластин, имеющих форму буквы Ш и полосок (рис. 11, а) или же из пластин с одним разрезом (рис. 11, б). Поперечное сечение сердечника имеет форму квадрата или прямоугольника.

Рис. 10. Прессовка сердечника: а — деревянными планками; б — стальными шпильками

1 — изоляционный цилиндр, 2 — деревянная планка, 3 — деревянный стержень, 4 — стальная шпилька, 5 — изоляционная трубка

В последнее время для однофазных трансформаторов мощностью до 500 кВ* а и для трансформаторов малой мощности применяют сердечники 7, намотанные из. стальной ленты (рис. 12).

Рис. 12. Трансформатор с намотанным сердечником

Б. Обмотки трансформаторов. По взаимному расположению обмоток высшего и низшего напряжения и способу их размещения на стержнях различают обмотки концентрические и чередующиеся.

Рис. 11. Лист сердечника трансформатора малой мощности: а — из двух частей, б — с одним разрезом

Концентрические обмотки имеют форму цилиндров различных диаметров (рис. 2), ближе к стержню обычно располагается обмотка низшего напряжения и снаружи обмотка высшего напряжения. Такое расположение обмоток облегчает выполнение изоляции,

Концентрические обмотки получили наибольшее распространение во всех стержневых трансформаторах и броневых трансформаторах малой мощности. Их разновидностью являются двойные концентрические обмотки, когда обмотка высшего напряжения располагается между двумя слоями обмотки низшего напряжения. Такие обмотки имеют меньший поток рассеяния, но изоляция их значительно сложнее.

Рис. 13. Цилиндрическая двухслойная обмотка

В чередующихся обмотках катушки обмоток высшего и низшего напряжения выполняются в виде дисков, размещенных группами на стержнях (рис. 3, а). Эти обмотки обычно имеют меньший поток рассеяния и в них при большом токе легко могут быть образованы симметричные параллельные цепи. Однако изоляция этих обмоток сложнее из-за большого количества промежутков между катушками высшего и низшего напряжения. Чередующиеся обмотки применяются главным образом в броневых трансформаторах.

Рис. 14. цилиндрическая многослойная обмотка

Наименьшая часть обмотки, полностью схватывающая стержень, называется витком. Каждый  виток состоит из одного или нескольких расположенных рядом параллельных проводников. Последовательно соединенные витки объединяются в один конструктивный элемент и образуют катушку. Витки в катушке располагаются в один или несколько слоев. Обмотка состоит из одной или нескольких катушек, соединенных последовательно и параллельно.

Обмотки масляных трансформаторов выполняются из проводов марок ПЭЛБО, ПБ и ПББО. В сухих трансформаторах с теплостойкой изоляцией применяется провод марки ПСД. Винтовые обмотки представляют собой витки, расположенные по винтовой линии вокруг кругового цилиндра по всей длине катушки. Если витки прилегают вплотную друг к другу, то такие обмотки часто называют цилиндрическими. Однослойные и двухслойные катушки наматываются из

проводников прямоугольного сечения и используются для обмоток низшего напряжения до 6 кВ. При больших сечениях провода катушки изготовляются из нескольких параллельных проводников, которые располагаются в одном слое, для того чтобы они находились в одинаковых условиях по отношению к потоку рассеяния. Для улучшения охлаждения один слой катушки отделяется от другого каналом 1 шириной 5—8 мм (рис. 13).

Рис. 15. Цилиндрическая винтовая обмотка

Рис. 16. Схема перекладки проводников обмотки

Многослойные катушки выполняются обычно из проводников круглого сечения и используются для обмоток высшего напряжения до 35 кВ. Между слоями прокладывается изоляция из кабельной бумаги. При большом количестве слоев обмотка выполняется из двух катушек с каналом между ними (рис. 14). Описанные обмотки отличаются простотой устройства и изготовления, но имеют малую механическую прочность.

Винтовые обмотки с промежутками между витками наматываются из нескольких проводников прямоугольного сечения. Проводники обычно располагаются в радиальном направлении катушки, но при большом количестве проводников могут располагаться рядом по оси катушек или образовывать несколько ходов винтовой линии. Во всех случаях между витками остаются каналы 1 для охлаждения (рис. 15).

Для равномерного распределения тока между параллельными проводниками в винтовых обмотках требуется перекладка проводников, при этом желательно, чтобы каждый проводник поочередно занимал все положения по радиусу катушки. Так как для перекладки проводников требуется дополнительное место по высоте катушки, то обычно ограничиваются только частичной перекладкой (рис. 16), при которой отдельные проводники занимают лишь некоторые из возможных положений по радиусу катушки. Винтовые обмотки используются в качестве обмоток низшего напряжения ~ трансформаторов средней и большой мощности, они обладают достаточной механической прочностью, так как имеют значительные радиальные размеры.

Спиральные обмотки состоят из нескольких десятков катушек, расположенных по высоте стержня. Катушки наматываются непрерывным проводником, витки в катушках располагаются по спирали. Между катушками имеются каналы для их охлаждения (рис. 17). Если для изготовления катушек используются параллельные проводники, то при намотке катушек производится перекладка проводников подобно описанной для винтовых обмоток. Спиральная обмотка обладает большой механической прочностью и надежностью, поэтому несмотря на сложность изготовления она широко применяется как обмотка высшего и низшего напряжения в трансформаторах большой мощности.

Рис. 17. Спиральная непрерывная обмотка

Катушки чередующихся обмоток из прямоугольного провода наматываются в виде двух расположенных рядом спиралей (как пара катушек спиральной обмотки). В обмотке высшего напряжения катушки соединяются последовательно, в обмотке низшего напряжения они образуют ряд параллельных цепей.

В трансформаторах небольшой мощности дисковые катушки выполняются из круглого провода, как в многовитковой обмотке.

Важным элементом конструкции обмотки является ее изоляция. При небольших мощностях и низких напряжениях катушки цилиндрических обмоток надеваются непосредственно на стержень сердечника. Деревянные клинья и планки, сжимающие стержень, одновременно выполняют роль изоляции обмотки от стержня. При значительных напряжениях и больших мощностях трансформатора обмотка отделяется от стержня одним или двумя изоляционными цилиндрами (рис. 18).

Рис. 18. Обмотки трехфазного трансформатора
В. Бак трансформатора. Конструктивное оформление трансформатора зависит в значительной степени от способа его охлаждения. По этому признаку трансформаторы делятся на следующие группы: а) сухие с естественным охлаждением или с искусственным воздушным охлаждением; б) масляные с естественным охлаждением; в) масляные с искусственным воздушным охлаждением масляного бака; г) масляные с искусственной циркуляцией масла и охлаждением его в особых охладителях с естественным или искусственным воздушным или водяным охлаждением.

В сухих трансформаторах с естественным охлаждением теплоотдача от трансформатора происходит непосредственно окружающему трансформатор воздуху. Так как коэффициент теплоотдачи в воздух невелик, то сухие трансформаторы с естественным охлаждением обычно выполняются лишь в единицах малой мощности для напряжений, не превышающих 6—10 кВ.

Основное значение имеют в настоящее время масляные трансформаторы, в которых стержень с обмотками помещается в бак с маслом. Циркуляция масла внутри бака обеспечивает передачу тепловой энергии потерь от обмоток и стержня к стенкам бака.

Чтобы нагревающееся масло могло свободно расширяться, в трансформаторах мощностью до 75 кВА и напряжением до 6,3 кВ его не доливают до крышки бака. При нагревании вытесняемый из бака воздух выходит через специальную пробку, которая одновременно служит для заливки масла в трансформатор.

Трансформаторы большой мощности снабжаются так называемыми расширителями. Они выполняются чаще всего в форме цилиндра из листовой стали, устанавливаемого на крышке трансформатора (рис. 19).

Обычно объем расширителя составляет 10% от объема масла в баке.

При наинизшей температуре (трансформатор выключен, холодное время года) масло находится в расширителе на нижней отметке; при нагревании масло вытесняется в расширитель, и уровень его повышается.

При последующем охлаждении уровень опять понижается и т. д. Этот процесс часто называют «дыханием» трансформатора.

Недостатком трансформаторного масла является его горючесть (температура вспышки около 160° С) и возможность образования взрывчатых смесей из паров масла и воздуха. В общественных и производственных зданиях необходимо устанавливать пожаро- и взрывозащищенные трансформаторы. Такие трансформаторы заполняются негорючей жидкостью — соволом или совтолом.

Баки в небольших трансформаторах выполняются гладкими; в трансформаторах средней мощности для увеличения охлаждающей поверхности применяются трубчатые баки, состоящие из труб, диаметром около 55 мм, вваренных в стенку бака и расположенных в один или несколько рядов (рис. 19). Широко распространенные ранее баки из волнистой стали в настоящее время не выполняются, так как по сравнению с трубчатыми они механически менее прочны и теплоотдача их хуже.

Для большего увеличения охлаждающей поверхности в трансформаторах значительной мощности применяются баки радиаторного типа с естественным охлаждением или с искусственным воздушным охлаждением с помощью вентиляторов 1 мощностью 150—200 вт (рис. 20).

Рис. 19. Трансформатор с трубчатым баком

1 — обмотка высшего напряжения, 2 — обмотка низшего напряжения, 3 — переключатель регулируемых отводов обмотки высшего напряжения, 4 — балка, прессующая ярмо, 5 — сердечник, в — отводы обмотки высшего напряжения, 7 — отводы обмотки низшего напряжения, 8 — патрубок для присоединения вакуумного насоса, 9 — кольцо для подъема выемной части, 10 — кран для заливки масла, 11 — ввод обмотки высшего напряжения, 12 — ввод обмотки низшего напряжения; 13 — привод переключателя, 14 — выхлопная труба, 15 — расширитель, 16 — газовое реле, 17 — трубчатый бак, 18 — кран для спуска масла, 19 — ролик, 20 — вертикальная стяжная шпилька, 21 — упорный угольник на дне бака

Последние выполняются на самые большие мощности. Но если место для установки трансформатора ограничено, применяют принудительную циркуляцию масла. Сущность этого способа охлаждения состоит в том, что масло при помощи насоса заставляют циркулировать через воздушный или водяной охладитель. В этих

условиях теплоотдача происходит очень интенсивно, и трансформатор может быть выполнен компактным. К недостаткам такого рода охлаждения следует отнести наличие дополнительного насосного агрегата охладительной системы и значительный расход воды на охлаждение (около 1,5 л/мин на 1 кета потерь при разности температур выходящей и входящей воды около 10° С).

Рис. 20. Двойной трубчатый радиатор с искусственной вентиляцией

Весьма большое значение в оборудовании трансформатора имеют выводные изоляторы, служащие для вывода концов обмоток из бака. Они устанавливаются обычно на верхней крышке бака трансформатора (рис. 19) и выполняются чаще всего из фарфора.

Назначение и устройство трансформаторов — Электромонтер-ремонтник

Назначение и устройство трансформаторов

Категория:

Электромонтер-ремонтник

Назначение и устройство трансформаторов

Трансформатор предназначен для преобразования (трансформации) электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого. Широкое применение нашли силовые трансформаторы для повышения напряжения (повышающие) на электростанциях и для понижения напряжения (понижающие) на подстанциях. Кроме этого, изготовляют специальные трансформаторы, применяемые для плавки (печные), сварки (сварочные) металла, для измерения высоких напряжений и больших токов (измерительные).

Различают трансформаторы маслонаполненные (масляные) и сухие, однофазные и трехфазные.

Рассмотрим устройство основных сборочных единиц трансформатора.

Магнитопровод (сердечник) состоит из стержня и ярма, образующих замкнутую магнитную цепь. На стержне размещают обмотки. Наиболее распространенный тип магни-топровода — стержневой. По способу сборки стержневые магнитопроводы в большинстве случаев выполняются шихтованными.

Магнитопровод собирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 — 0,5 мм горячей и холодной прокатки. Отдельные листы для уменьшения потерь от вихревых токов изолируют по всей поверхности лаковой пленкой.

Поперечное сечение ярма обычно выполняют прямоугольной формы, а стержня — многоступенчатой фигурой, приближающейся к кругу. Для придания ярму магнито-провода жесткости и устойчивости и для предохранения от усилий, создаваемых токами короткого замыкания и массой обмотки, его стягивают с помощью ярмовых балок и сквозных болтов.

В последнее время начато изготовление трансформаторов мощностью 160 — 630 кВ А с пространственным магнито-проводом, который отличается от плоского тем, что вертикальные оси стержней находятся в разных плоскостях. Стальные листы стержня у такого магнитопро-вода спрессованы бандажом из изоляционного материала или стальной лентой с прокладкой изоляционного материала вместо шпилек. Трансформаторы с такой конструкцией стержней иногда называют бесшпилечными.

Рис. 1. Магнитопровод:
а — плоский, б — пространственный; 1 — стержень, 2 — вертикальная стяжная шпилька, 3 — места прессующих шпилек стержня, 4 – стяжная шпилька, 5 — верхняя ярмовая балка, б — верхнее ярмо, 7 — нижнее ярмо, 8 — нижняя ярмовая балка, 9 — опорная балка, 10 — опрессовоч-ный пояс, 11 — изоляционная трубка, 12 — изоляционная подкладка, 13 — изолирующая прокладка, 14 — пластина, 15 — тарельчатая пружина

Эти магнитопроводы имеют ряд преимуществ перед обычными плоскими, а именно:
— уменьшаются трудозатраты на изготовление магнито-провода и его сборку;
— повышается надежность стержня, так как прессующие шпильки отсутствуют;
— уменьшаются потери холостого хода, так как сечение стержня увеличивается за счет отсутствия отверстий под шпильки, а в результате при равных мощностях трансформаторов для пространственного магнитопровода требуется меньше стали.

Пространственный магнитопровод изготавливают не шихтованным, а стыковым. Ярмо и стержни соединяются в магнитную цепь стыковкой. Во избежание замыкания листов стали ярма и стержня между ними предусмотрена изоляционная прокладка.

Обмотки по назначению разделяют на первичную и вторичную. Первичной обычно называют ту, к которой присоединяют источник энергии, а вторичной — к которой присоединяют потребителей. Обмотку с более высоким напряжением называют обмоткой высшего напряжения (ВН), с низким — обмоткой низшего напряжения (НН).

Рис. 2. Цилиндрические обмотки:
а — однослойная, б — двухслойная, в — многослойная; 1 — провод, 2 — выравнивающий поясок, 3 — коробочка из электрокартона для усиления витковой изоляции в месте изгиба провода, 4 — наружный слой обмотки, 5 — вертикальный масляный канал, 6 — внутренний слой обмотки, 7 — планки из бука, 8 — бакелитовый цилиндр, 9 — бумажная межслоевая изоляция, 10 — отводы для регулирования напряжения в пределах ±5%

Наиболее распространены концентрические обмотки круглой формы, которые делят на несколько типов:
— цилиндрическая однослойная обмотка применяется для трансформаторов небольшой мощности на напряжение до 525 В;
— цилиндрическая двухслойная обмотка применяется для трансформаторов мощностью до 560 кВ А на напряжение до 525 В;
— цилиндрическая многослойная обмотка наматывается в несколько слоев, как правило, проводом круглого сечения. Слои обмотки разделяются межслоевой изоляцией.

Магнитопровод вместе с обмотками называют активной частью трансформатора. Активная часть масляных трансформаторов погружена в бак с трансформаторным маслом. Для сухих трансформаторов активная часть защищена металлическим кожухом с отверстиями для воздушного охлаждения обмотки и стали магнито-провода.

Соединения обмоток между собой, с переключающими устройствами и вводами называются отводами обмоток. Обмотки и отводы находятся под высоким напряжением по отношению к баку или кожуху трансформатора и поэтому должны быть надежно изолированы. Изоляцию маслонаполнен-ных силовых трансформаторов можно условно разделить на внутреннюю, расположенную внутри бака, и внешнюю, находящуюся вне бака в воздухе.

Внутренняя изоляция разделяется на главную и продольную изоляцию обмоток, на изоляцию переключателя и отводов.

Рис. 3. Схема главной изоляции обмоток:
1 — уравнительная изоляция, 2 — ярмовая изоляция, 3 — изоляционный цилиндр и масляный канал, 4 — цилиндр между обмотками НН и стержнем, 5 — стержень, 6 — междуфазная перегородка, 7 — обмотка ВН, 8 — обмотка НН, 9 — нижняя ярмовая балка

Рис. 4. Трансформаторы мощностью 400 кВ А с плоским (а) и пространственным (б) магнитопроводом:
1 — транспортный ролик, 2 – болт заземления. 3 — радиатор, 4 — бак, 5 — щиток, 6 – крюк для подъема, 7 – воздухоосушигель, 8 — маслоуказатель, 9 – расширитель, 10 – ввод ВН. 11 – ввод НН, 12 – термометр, 13 — термосифонный фильтр. 14 – пробка для отбора пробы масла, 15 — пробка для слива, 16 — пробка для долива масла, 17 — переключатель, 18 — пробивной предохранитель

Переключатель и отводы изолируются масляными промежутками между токопроводящими и заземленными частями этих устройств. Крепление их выполняется деревянными или гетинаксовыми деталями.

Внешняя изоляция между токопроводящими заземленными частями определяется расстоянием по воздуху. Например, при 10 кВ должно быть не менее 110 мм.

Вспомогательными элементами масляного трансформатора являются бак, расширитель, вводы и переключатель. Общий вид трансформатора показан на рис. 4.

Бак имеется только у масляных трансформаторов и предназначен для размещения в нем активной части, погруженной в масло. Для трансформаторов мощностью 160 кВ А и более баки выполняют с вваренными стальными трубами или снабжают радиаторами, которые значительно увеличивают поверхность охлаждения.

Крышка бака служит для закрывания бака, заполненного маслом. Между крышкой и баком устанавливают прокладку из маслостойкой резины. Крышка с баком стянута болтами. На крышке установлены вводы ВН и НН и вспомогательные контрольно-защитные устройства и арматура.

Расширитель предназначен для свободного расширения масла при его нагреве и снижения возможности увлажнения и окисления масла. Расширителями снабжены все трансформаторы мощностью 25 кВ • А и выше.

Вводы предназначены для присоединения концов обмотки трансформатора к внешней электрической сети. Они представляют собой фарфоровые проходные изоляторы с то-копроЕодящим стержнем.

Начало обмоток ВН трехфазного трансформатора маркируется буквами А, В и С, а концы этих обмоток -л, > и Z. Нейтраль — 0. Начало и конец обмоток НН маркируются соответственно а, Ъ, с и х, у, z.

Переключатель служит для переключения числа витков обмотки ВН и имеет три ступени регулировки напряжения: + 5%, номинальное напряжение, -5%.

Технический термометр предназначен для измерения температуры верхних слоев масла в баке трансформатора.

Маслоуказатель, имеющий контрольные отметки, соответствующие уровню масла при температурах +40, +15 и – 45 °С, устанавливается на дне расширителя.

Термосифонный фильтр — устройство, которое очищает и регенерирует (восстанавливает) масло. Нагреваясь и сообщаясь с воздухом, масло поглощает влагу и окисляется, стареет. Фильтр заполнен специальным поглощающим веществом (сорбентом) — силикагелем КСК.

Воздухоосушитель предназначен для того, чтобы через «дыхательное» отверстие расширителя не попадал влажный и загрязненный воздух. Осушитель крепят на стенке расширителя или бака трансформатора. Воздух очищается в слое силикагеля, проходя через слой масла фильтра.

В ряде трансформаторов для такой же цели применяют силикагелевые поглотительные патроны, которые устанавливают на крышке трансформатора вблизи расширителя или в самом расширителе.

К числу прочей арматуры относятся арматура для заливки, взятия пробы, спуска и фильтрации масла и зажим для заземления бака трансформатора.

Реклама:

Читать далее:

Определение основных видов повреждений и текущий ремонт трансформаторов

Статьи по теме:

Строительство трансформатора — Circuit Globe

Трансформатор в основном состоит из магнитной цепи, электрической цепи, диэлектрической цепи, резервуаров и принадлежностей. Основными элементами трансформатора являются первичная обмотка , вторичная обмотка и стальной сердечник . Сердечник трансформатора изготовлен из кремнистой стали, чтобы обеспечить непрерывный магнитный путь. Обычно сердечник трансформатора ламинирован для минимизации потерь на вихревые токи.

Состав:

1. Магнитная цепь
2. Электросхема
3. Трансформатор с сердечником
4. Трансформатор корпусного типа
5. Диэлектрическая цепь
6. Баки и аксессуары
   1. Консерватор
   2. Сапун
   3. Взрывоотводчик
   4. Радиатор
   5. Втулки

Магнитная цепь

Магнитопровод трансформатора состоит из сердечника и ярма .Схема обеспечивает путь к потоку магнитного потока. Трансформатор состоит из стального многослойного сердечника и двух катушек. Две катушки изолированы друг от друга, а также от сердечника.

Сердечник трансформатора изготовлен из пластин стального листа или кремнистой стали, собранных для обеспечения непрерывного магнитного пути. При обычных плотностях потока кремнистая сталь имеет низкие гистерезисные потери.

Вертикальное положение, в котором наматывается обмотка, называется стержнем , а горизонтальное положение — стержнем .

Электросхема

Конструкция электрической цепи трансформатора состоит из первичной и вторичной обмоток, как правило, из меди. Проводники прямоугольного сечения обычно используются для обмотки низкого напряжения, а также для обмотки высокого напряжения больших трансформаторов. В малогабаритном трансформаторе для обмотки высокого напряжения используются проводники круглого сечения.

В зависимости от конструкции сердечника и способа размещения первичной и вторичной обмоток вокруг него трансформатор получил обозначение сердечника типа и типа оболочки .

Трансформатор с сердечником

В конструкции трансформатора с простым сердечником образуются прямоугольные пластинки рамы, образующие сердечник трансформатора. Пластины нарезаются в виде L-образных полос, как показано на рисунке ниже. Чтобы избежать высокого сопротивления в соединениях, где слои стыкуются друг с другом, чередующиеся слои размещаются по-разному, чтобы исключить непрерывные соединения.

Первичная и вторичная обмотки чередуются для уменьшения потока утечки.Половина каждой обмотки размещается бок о бок или концентрически на любом конце сердечника.

При размещении этих обмоток изоляция бакелитового формирователя обеспечивается между сердечником и обмоткой низкого напряжения (LV), между двумя обмотками, которые находятся между обмотками низкого напряжения (LV) и высокого напряжения (HV), а также между катушками и ярмом. А также между ветвью ВН и вилкой, как показано на рисунке ниже.

Для уменьшения изоляции обмотка низкого напряжения всегда размещается ближе к сердечнику.

Трансформатор корпусного типа

В трансформаторе кожухового типа отдельные пластинки нарезаются в виде длинных полос E и I формы, как показано на рисунке ниже. Он имеет две магнитопроводы, а сердечник имеет три плеча. Центральная конечность несет весь поток, тогда как боковые конечности несут половину потока. Следовательно, ширина центра вдвое больше ширины внешних конечностей.

Поток утечки уменьшается за счет разделения обмоток, которые, в свою очередь, имеют меньшее реактивное сопротивление.И первичная, и вторичная обмотки размещены на центральном плече рядом друг с другом. Обмотка низкого напряжения помещается ближе к сердечнику, а обмотка высокого напряжения размещается снаружи обмотки низкого напряжения.

Чтобы снизить стоимость ламинирования между сердечником и обмоткой низкого напряжения, обмотки формируют и наматывают цилиндрическую форму, а затем вставляют пластинки сердечника позже.

Диэлектрическая цепь

Диэлектрическая цепь состоит из изоляции, используемой в разных местах трансформатора для изоляции проводящих частей.Сердечник ламинирован для минимизации потерь на вихревые токи. Пластины изолированы друг от друга тонким слоем лака или оксидным слоем. Толщина пластин варьируется от 0,35 мм до 0,5 мм для частоты 50 Гц .

Емкости и принадлежности

На трансформаторе также установлены другие различные детали и аксессуары для его эффективной работы, а также для увеличения срока службы и улучшения обслуживания трансформатора. Это следующие:

Консерватор

Консерватор представляет собой цилиндрический резервуар, расположенный наверху или на крыше основного резервуара трансформатора.Предусмотрена большая крышка, которую можно время от времени открывать для надлежащего обслуживания и очистки трансформатора. Он действует как резервуар для изоляционного масла трансформатора.

Когда трансформатор полностью загружен и температура трансформатора сильно повышается, происходит увеличение объема воздуха внутри трансформатора. Поскольку уровень масла одновременно увеличивается и уменьшается, таким образом, зимний сад обеспечивает достаточное пространство для этого расширенного масла внутри трансформатора.

Сапун

Как в человеческом теле есть сердце, так и дышащий действует как сердце для трансформатора. Когда температура трансформатора повышается, изоляционное масло в трансформаторе нагревается. Это масло расширяется и сжимается.

Когда масло нагревается и расширяется, трансформатор вдыхает воздух и, таким образом, масло охлаждается, уровень масла понижается и воздух поглощается им. Этот процесс втягивания и выдоха воздуха называется дыханием трансформатора.

Уровень масла в камере увеличивается и уменьшается, когда сапун забирает и выходит воздух для охлаждения масла. Этот воздух переносит влагу, которая загрязняет масло, и, таким образом, качество масла ухудшается.

Для устранения этой влажности сапун заполнен силикагелем. Основная функция силикагеля — отделять влагу от масла, поддерживая качество изоляционного масла. Первоначально цвет силикагеля синий, а по мере того, как он впитывает влагу из масла, он становится розовым.

Fresh Silica gel высушивает воздух до точки росы ниже -40 градусов Цельсия .

Взрывоотводчик

Взрывоотводчик представляет собой тонкую алюминиевую трубу, расположенную на обоих концах трансформатора, чтобы предотвратить повреждение трансформатора. Когда температура в трансформаторе резко возрастает и внутри трансформатора создается избыточное давление, выпускное отверстие для взрыва помогает сбросить давление.

Радиатор

Основная функция радиатора — охлаждение масла в трансформаторе.Радиатор представляет собой съемное устройство, верхняя и нижняя часть которого соединены клапаном с баком трансформатора. После очистки и обслуживания трансформатора клапан предотвращает слив масла при отсоединении радиатора от трансформатора.

Когда трансформатор находится в рабочих условиях, масло трансформатора нагревается и поднимается в основной бак и попадает в радиатор через верхний клапан. Там оно охлаждается и из нижнего клапана радиаторного блока масло снова попадает в бак трансформатора, и этот процесс продолжается.

Втулки

Проходные изоляторы в трансформаторе являются изолирующим устройством, которое позволяет электрическому проводнику безопасно пропускать через него электрическую энергию. Он обеспечивает напряженность электрического поля для изоляции проводников, чтобы выдержать, если через нее проходит большое количество электрической энергии. Цельный фарфоровый проходной изолятор типа используется в меньшем трансформаторе, а масляный конденсаторный изолятор типа используется в большом трансформаторе.

Наиболее частой причиной выхода из строя проходного изолятора, приводящего к повреждению трансформатора, является проникновение влаги.Коэффициент мощности ввода всегда будет в стабильном состоянии, но если в коэффициенте мощности наблюдается изменение, это означает, что изоляция ухудшилась.

Это может быть определено тестами, известными как приемочные или стандартные тесты и тест Doble Power Factor Test.

Изображения сердечника, ярма и окон.

Контекст 1

… общая длина W, ширина ярма и высота ярма показаны на рис. 2. Общая длина ярма W = 2D + 0.9д (3-х фазный, 3-х ступенчатый). (39) Площадь сечения ярма (A y) может быть на 10-15% больше, чем сечение сердечника, чтобы уменьшить плотность магнитного потока в сечении ярма, что, в свою очередь, снижает ток намагничивания и потери в стали, возникающие в ярме ( Mittle and Mittal 1996). Следовательно, площадь поперечного сечения ярма составляет A y = 1,15 — 1,25 A i, (40) ширина ярма …

Context 2

… чистая площадь поперечного сечения сердечника, A i , можно найти с помощью формул. (10) и (23).Следовательно, диаметр описанной окружности можно рассчитать для различных значений ступенчатых жил: 2 A = kd. (35) Площадь окна определяется по формуле. (34), в котором средняя плотность тока δ также зависит от номинальной мощности в кВА и высокого / низкого напряжения. обмотка. Поскольку площадь окна равна AW = L (D — d), (36) где D — межцентровое расстояние между сердечниками, а ширина окна определяется выражением b W = D — d, (37 ), то высоту окна L можно принять равной 2.От 5 до 4,0 ширины окна, L / (D — d) = от 2,5 до 4,0. (38) Исходя из вышеизложенного, ширина и высота окна могут быть рассчитаны по формулам. (37) и (38). Общая длина W, ширина ярма и высота ярма показаны на рис. 2. Общая длина ярма составляет W = 2 D + 0,9 d (3 фазы, 3 ступени). (39) Площадь сечения ярма (A y) может быть на 10-15% больше, чем сечение сердечника, чтобы уменьшить плотность магнитного потока в сечении ярма, что, в свою очередь, снижает ток намагничивания и потери в стали, возникающие в ярме ( Mittle and Mittal 1996).Следовательно, площадь сечения ярма составляет A y = 1,15 — 1,25 A i, (40) ширина ярма составляет by = 0,6 d (м), (41) и высота ярма hy = A y / by (м). (42) Исходя из вышеизложенного, размеры ярма могут быть рассчитаны по формулам. (41) и (42). Коэффициент наложения определяет площадь расположения пластин, образующих сердцевины (Mittle and Mittal 1996): A i = k s A gi, (43) где: k s = коэффициент наложения, который составляет от 0,85 до 0,9; A gi — общая площадь железа в сердечнике; A i — чистая площадь сердечника.Для квадратного сечения 2 2 (рис. 3а) A gi = a = (0,71 d) = 0,5 d 2, а A i = 0,9 0,5 d 2 = 0,45 d 2, где коэффициент железа = 0,9. Для двух шагов (рис. 3b) A i = 2 2 0,56 d, для трех шагов A i = 0,6 d и для 2 четырех шагов A = 0,62 d. Следующие основные требования необходимы для правильной конструкции с.в. и h.v. обмотки трансформатора: — способность выдерживать электрические нагрузки; — способность выдерживать скачки напряжения из-за коммутационных и атмосферных возмущений; — способность противостоять электромагнитным силам; — процентное сопротивление в допустимых пределах; — повышение температуры не более указанного предела; и — минимальная стоимость…

Конструкция трансформатора (часть 1)

Введение

Силовой трансформатор строится по аналогичным принципам для блоков с номинальным
от нескольких кВА до самых крупных производимых размеров, но по мере увеличения размера агрегата
оправдана большая степень изощренности. Многие производители подразделяют
их строительная деятельность в «Распределение» и «Крупная держава», хотя
точное место, где каждый делает это разделение, варьируется.Обычно разделительный
линия зависит от веса основных компонентов, а также от типа и размера
оборудование для обработки, которое требуется на заводе. Производители дистрибуции
трансформаторы мощностью от 1 до 2 МВА часто используют роликовые конвейеры.
и балки взлетно-посадочной полосы для большей части их обслуживания. Трансформаторы большой мощности
требуют тяжелого подъемного оборудования, такого как большие мостовые краны.

Те производители, которые производят самые большие размеры, могут дополнительно подразделить свои
операции по разделам «Средняя мощность» и «Большая мощность».Поскольку самый крупный
трансформаторы требуют очень тяжелого подъемного оборудования — грузоподъемностью до 400 тонн
включение подъемных балок и строп — не редкость — обычно ограничивают
использование этих очень дорогих объектов исключительно для самых крупных агрегатов
так что завод средней конструкции может иметь только подъемное оборудование
до, скажем, 30 тонн.

Эти структурные подразделения подразделений часто совпадают с подразделениями
конструкторские отделы, так что методы проектирования часто ограничиваются
те же границы.

В описаниях конструкции и способов изготовления трансформаторов, которые
Следуйте за целью, как правило, будет описывать наиболее развитое состояние
искусство ‘, хотя в некоторых случаях, например, для распределительных трансформаторов,
могут быть уместны более упрощенные схемы. В разделе 7, где описывается
специализированные аспекты трансформаторов для конкретных целей, аспекты, в которых
методы могут отличаться от нормы будут выделены.

Примечание к стандартам

С момента написания предыдущего издания этой книги в середине 1990-х гг.
Произошло очень много изменений в трансформаторной промышленности по всему миру.Из-за
очень высокая трудоемкость производства трансформаторов и, как следствие,
высокие производственные затраты во многих частях Европы и Северной Америки, фабрики
были закрыты, и многие слияния за рубежом
место. Коммунальные предприятия, которые исторически поддерживали своих домашних производителей
были вынуждены закупить трансформаторы издалека.

Процесс был ускорен приватизацией коммунальных предприятий во многих частях
Европы, и это, в свою очередь, ускорило процесс интернационализации
стандартов.Кроме того, в Европе развитие и экспансия европейского
Союз привел к разработке европейских норм (EN), которые являются версиями
стандарты, разработанные Международной электротехнической комиссией (МЭК)
имеющий особую применимость на всей территории Европейского Союза. Крупная закупка
мощь США помогла сохранить независимость от американских стандартов
несмотря на потерю большей части своей собственной трансформаторной промышленности, так что повсюду
три основные системы мировых стандартов для проектирования и производства
трансформаторы существуют.В большинстве случаев различий довольно мало.
между стандартами EN и IEC, но в случае американских стандартов эти
существенно отличаются от EN и IEC, включая различия в стандартах
подход. В настоящее время установлены официальные связи между Американским национальным сообществом.
Институт стандартов (ANSI) и МЭК, но в лучшем случае это произойдет на много лет раньше.
происходит какое-либо существенное сближение стандартов трансформаторов.

С момента своего создания эта книга разрабатывалась в Великобритании, в результате чего
в нем описаны трансформаторы с точки зрения Великобритании, которые разработаны для британских
Стандарты (BS).Он будет по-прежнему ссылаться на BS и EN, но где
считается уместным или полезным сделать перекрестную ссылку на американские стандарты.
будет стремиться сделать это. Надеемся, что читатель сочтет это приемлемым.

1. ОСНОВНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Особенности конструкции

Раздел 3 описывает почти постоянное развитие, которое
место с годами для снижения удельных потерь материала сердечника. В параллели
с помощью этих разработок производители постоянно стремятся улучшить свои
конструкции сердечника для лучшего использования свойств улучшенных материалов
а также для дальнейшего уменьшения или, по возможности, устранения потерь, связанных с аспектами
основной конструкции.На первый взгляд ядро, построенное 30 лет назад, могло напоминать
один произведен в настоящее время, но на самом деле, вероятно, будет много
тонкие, но существенные различия.

Пластины сердцевины формируются так, чтобы сформировать конечность или ногу, имеющую как можно более близкое расстояние
круглое поперечное сечение (фиг.1) для оптимального использования пространства
внутри цилиндрических обмоток. Ступенчатое сечение приближается к
круглая форма, зависящая только от того, сколько разной ширины полосы у производителя
готов вырезать и строить.Для сердечников распределительных трансформаторов меньшего размера
это могло быть всего семь. Например, для трансформатора генератора большего размера
это может быть 11 или больше. Теоретически они заполняются чуть более 93 процентов.
до более чем 95 процентов, соответственно, доступного основного круга. В реальности
фактическое использование, вероятно, немного меньше, чем это, поскольку производитель
стремится стандартизировать диапазон ширины пластин для покрытия сердечников всех размеров,
или он может купить материал, уже обрезанный по ширине, и в этом случае он будет ограничен
к стандартному диапазону ширины, предоставленному производителем стержневой стали, обычно
с шагом 10 мм.В любом случае маловероятно, что
ширина, необходимая для получения идеального поперечного сечения для сердечника любого размера, будет
быть доступным.

РИС. 1 Основные разделы. Семи ступенчатая, с лентой (слева) и 14 ступеней, с полосами (справа)

РИС. 2 Типовые формы сердечников одно- и трехфазных трансформаторов

Производители трансформаторов обычно производят сердечники стандартного диапазона сечений.
— их часто называют размерами кадра, каждый из которых определяется шириной
в миллиметрах самой широкой пластины.Они могут начинаться с 200 мм для жил из
небольшие вспомогательные трансформаторы и прогрессируют с шагом 25 мм примерно до 1 м,
на всю ширину имеющегося рулона, для самых больших генераторных трансформаторов. Этот
Отвод с цилиндрической намоткой является общей чертой всех сердечников трансформатора. В
однако форма всего сердечника будет варьироваться в зависимости от типа трансформатора.
Альтернативные схемы показаны на фиг. 2; из них, безусловно, самые распространенные
устройство трехфазное, трехлепестковое. Поскольку во все времена вектор
сумма трех потоков, создаваемых сбалансированной трехфазной системой напряжений
равен нулю, в трехфазном сердечнике нет необходимости в обратном плече и в обоих плечах
и ярма могут иметь одинаковое поперечное сечение.Это верно только для трехфазных жил.
а для однофазных трансформаторов должны быть предусмотрены ответвления. Различные варианты
доступны для этих возвратных ветвей, некоторые из которых показаны на фиг. 2, все
имеют преимущества и недостатки, и некоторые из них будут рассмотрены более подробно
подробнее в разделе 7.1, посвященном генераторным трансформаторам. Генераторные трансформаторы
представляют собой единственный случай, когда однофазные блоки используются на трехфазных
системы, хотя в некоторых странах они используются для больших трансформаторов между шинами
или автотрансформаторы.Основная причина использования однофазных агрегатов — от
транспортные соображения, так как самые большие трансформаторы генератора могут быть
большие, чтобы поставляться как трехфазные блоки.

Использование однофазных блоков также имеет преимущества в том, что касается очень высокой надежности.
требуется, как, например, в случае больших генераторных трансформаторов. Этот
аспект будет рассмотрен более подробно в Разделе 7.1, который касается
генераторные трансформаторы. ИНЖИР. 2 также показан трехфазный сердечник с пятью конечностями, который
это еще одна схема, используемая в основном для больших трехфазных генераторных трансформаторов.
и трансформаторы между шинами для уменьшения транспортной высоты.Эта конфигурация
позволяет уменьшить глубину ярма за счет обеспечения внешнего пути обратного потока.
к ране конечностей. В пределе ярм может быть вдвое меньше, чем было бы
требуется для трехфазной трехлепестковой конструкции, поэтому экономия высоты
может быть значительным. «Стоимость» заключается в предоставлении обратных конечностей, которые
значительно увеличивают размер сердечника и потери в стали. Конечно,
если позволяют соображения транспортной высоты, глубину ярма уменьшать не нужно.
до половины ширины конечности.Если ярмы имеют поперечное сечение больше
чем вдвое меньше, чем у конечностей, плотность магнитного потока в ярмах будет уменьшена.
Это приведет к снижению удельных потерь в сердечнике в ярмах, что
больше, чем пропорциональное увеличение веса ярма по сравнению с
ярмо половинного сечения, что позволяет снизить общие потери в сердечнике. Это будет
быть экономичным, если капитализированная стоимость потерь железа сохранится
больше, чем стоимость лишнего материала. Единственный другой случай на
где может потребоваться трехфазный сердечник с пятью конечностями, когда это требуется
для обеспечения значения импеданса нулевой последовательности, аналогичной величине для прямой последовательности
сопротивление, как описано в разделе 2.

Первым требованием к производству стержней является изготовление индивидуального
ламинаты. Большинство производителей сейчас покупают основной материал, уже нарезанный до
стандартная ширина от производителя стали, поэтому резать нужно только им
это по длине. Производство ламината — одно из направлений, в котором
Производство сердечников существенно изменилось за последние годы. Как объяснено в
В разделе 3.2 удельные потери в сердечнике в значительной степени зависят от характера
и уровень напряжения в материале.Поэтому необходимо минимизировать
степень обработки и обращения во время производства. Резка ламелей
конечно, неизбежна, но эта операция неизбежно приводит к образованию заусенцев на кромке.
Заусенцы на краях приводят к электрическому контакту между пластинами и образованию вихревых
текущие пути. До конца 1980-х гг. Стальной лист и полоса BS 601 для
Магнитные цепи электрических аппаратов устанавливают допустимые пределы для этих
заусенцы, что обычно означало, что они должны были быть удалены шлифованием заусенцев
процесс.Шлифовка заусенцев может повредить изоляцию пластины, и это повреждение
требует дополнительной изоляции. Каждый из них
операции, связанные с перемещением и шлифованием заусенцев, в частности, повышают уровень нагрузки,
поэтому требуется дополнительный отжиг. Современные режущие инструменты могут позволить операцию
должно производиться с минимальным количеством заусенцев.

Этому в некоторой степени также способствуют свойства современного материала.
сам. Обычно заусенцы производятся традиционными инструментами из высококачественной инструментальной стали.
на холоднокатаном материале с ориентированной зернистостью 1970-х годов может достигать 0.05 мм
по высоте в соответствии с BS 601. Их можно уменьшить за счет шлифования заусенцев.
операция до 0,025 мм. С инструментами из стали HiB и твердосплавной стали заусенцы менее
0,02 мм изготавливаются так, чтобы все заусенцы-шлифовальные, дополнительные изоляционные
и процессы отжига теперь можно не проводить.

Возможно, на данном этапе уместно более детально изучить
предмет пластинчатой ​​изоляции. Качество этой изоляции было определено в
BS 601: Часть 2, в которой говорилось, что 80 процентов указанного количества изоляции
измерения сопротивления, сделанные на образце пластины сердечника, должны быть больше
чем 2 Ом, а 50 процентов должны быть больше 5 Ом.Как указано в разделе
3.2 цель этой изоляции — предотвратить циркуляцию вихревых токов.
внутри ядра. Однако предотвращение протекания этих токов не означает
предотвратить возникновение наведенных напряжений. Индуцированное напряжение пропорционально
ширине плиты, и обычно считалось, что изоляция плиты соответствует
с требованиями BS 601 было приемлемо для плит примерно до 640
мм шириной. Для сердечников с размером, требующим ширины пластины более
здесь есть варианты разделения поперечного сечения так, чтобы каждая часть
индивидуально отвечает максимальным требованиям 640 мм или, в качестве альтернативы, дополнительные
изоляция может быть обеспечена.Часто бывает необходимо разделить большие жилы
в любом случае, чтобы обеспечить охлаждающие каналы, чтобы этот вариант мог нормально
быть выбранным без экономического штрафа. Следует отметить, что некоторые производители
долго считал, что требование BS 601 для достижения 2 Ом было довольно
скромный. Когда там все равно собирались нанести дополнительную изоляцию
не было насущной необходимости в изменении BS, и проблема только вышла на первый план
когда было сброшено это дополнительное покрытие. Примерно в это же время BS 601: Часть 2
был заменен BS 6404: Раздел 8.7: 1988, Технические условия для ориентированной зернистости
лист и полоса из магнитной стали, в которых указано, что сопротивление изоляции
покрытия должны быть согласованы между поставщиком и покупателем. Производители
таким образом смогли воспользоваться возможностью применить свои собственные спецификации для
материал и они, как правило, требовали более высокого значения сопротивления. Там
также оставался вопрос, что требуется от оставшихся 20 процентов
чтений. Теоретически они могут быть нулевыми и зависеть от покрытия.
Для управления технологическим процессом они могут быть расположены в единой области стальной полосы.Авторитетные производители трансформаторов в этой ситуации выпустили свои индивидуальные
спецификации обычно предусматривают, что физическое местонахождение 20 процентов
показания низкого сопротивления произошли случайным образом по всему образцу, что
Было ли неприемлемо, чтобы все они были расположены в одном районе
образца. Как указано в разделе 3.2, многие современные стали поставляются
с высококачественным изоляционным покрытием, которое является одним из средств снижения
конкретная потеря.Для этих сталей обычно не требуется
дополнительное покрытие независимо от размера сердечника и измерений сопротивления
полученные неизменно значительно лучше, чем минимальные требования
старый BS 601.

Одним из недостатков стержневых сталей с ориентированной зернистой структурой является то, что любой фактор
который требует отклонения потока от направления зерна, увеличит
потери в сердечнике, и это становится все более очевидным в случае диапазона HiB
стержневые стали.

Такие факторы включают любые отверстия в сердечнике, как показано на фиг. 3 также
как поворот флюса, который необходим в верхнем и нижнем углах
основных конечностей. Последний эффект заметен в том, что высокое тонкое ядро
будет иметь меньшие потери, чем короткий приземистый сердечник того же веса и плотности
плотности, поскольку первое устройство требует меньшего отклонения потока, поскольку
проиллюстрированный на фиг. 4. Взаимосвязь между потерями в сердечнике полностью собранного
сердечник и произведение веса сердечника на удельную потерю, известное как
фактор строительства для ядра.Коэффициент строительства обычно составляет около 1,15.
для хорошо продуманного сердечника из стали с ориентированной зернистой структурой. Выражено с точки зрения строительства
Фактор: высокое ядро, о котором говорилось выше, имеет лучший (то есть более низкий) коэффициент строительства
чем приседания. Чтобы ограничить степень сокращения пути потока
поперек направления волокон на пересечении углов ветвей и коромысел
ламелей нарезаны под углом 45º. Основные пластины в этих скошенных углах
должны перекрываться так, чтобы поток мог передаваться на соседнюю грань, а не
чем пересечь воздушный зазор, который находится прямо на его пути (РИС.5). Эти скошенные
углы, конечно, не были необходимы для стержней горячекатаного (т. е. неориентированного)
стали. Это также было общепринятой практикой для стержней из горячекатаной стали.
для скрепления пластин вместе, чтобы сформировать целую сердцевину с помощью
стальных болтов, проходящих через обе конечности и коромысла.

С появлением стали с ориентированной зернистой структурой было признано, что деформация
флюса через отверстия для болтов через конечности было нежелательно, и что потеря
эффективного поперечного сечения также приводило к ненужному увеличению
диаметр сердечника лимба.Поэтому дизайнеры решили отказаться от
стержневые болты, заменяющие их на конечностях лентой из любой стали (с изолированным
обрыв) или стекловолокно. В первом случае вставлялся изолированный разрыв.
в стальной ленте для предотвращения протекания тока в самой ленте и, кроме того,
он был изолирован от сердечника, чтобы предотвратить короткое замыкание отдельных пластин
по их краям. Болты с сердечником всегда нуждались в эффективной изоляции там, где
они прошли через стержни и коромысла по тем же причинам.Вершина
и нижние ярма сердечников продолжали крепиться болтами, поскольку основные конструктивные
прочность трансформатора обеспечивается ярмами вместе с их тяжелыми
стальные рамы ярма. ИНЖИР. 6 показан трехфазный сердечник из холоднокатаного листа с ориентированной зернистостью.
сталь с перевязанными конечностями и хомутами на болтах.

Рост экономического давления во второй половине 1970-х годов с целью сокращения потерь,
и, в частности, потери в сердечнике, поскольку они присутствуют всякий раз, когда трансформатор
воодушевлен, привел дизайнеров и производителей к принятию полностью
безболтовые стержни.Пробивка отверстий в стержневых пластинах имеет дополнительную
недостаток в том, что это противоречит требованию минимизировать рабочие
стального сердечника, упомянутого выше, тем самым увеличивая потери в материале.

Оба эти фактора вместе с незначительным снижением веса сердечника обеспечивают
безболтовым сердечником были все факторы, способствующие устранению отверстий для болтов.

При использовании современных сталей с очень высокой степенью ориентации зерен потери
штраф за отклонение потока от направления зерна еще более знак
не могу, так что производители прилагают еще большие усилия для того, чтобы полностью спроектировать ядра
без болтов через конечности или коромысла.На большом ядре это требует
высокая степень изысканности конструкции для обеспечения необходимых структурных
Силой не жертвуют. ИНЖИР. 7 показано большое современное ядро, имеющее полностью
безболезненная конструкция.

РИС. 3 Влияние отверстий и углов на флюс сердечника

РИС. 4 Поперечный поток в углах формирует большую часть общего пути потока в
короткое приседание, чем высокое тонкое ядро ​​

РИС. 5 45 град. конструкция перекрытия под углом

РИС.6 Трехфазный скошенный сердечник трансформатора 150 МВА, 132/66 кВ и 50 Гц
с изображением полосатости пластин центральной части конечностей (Bonar Long Ltd)

РИС. 7 Трехфазный трехлепестковый безболезненный сердечник. Три планки (анкерные)
используются с каждой стороны каждой конечности и видны в верхней части каждой конечности ниже
верхняя рама. Временные стальные ленты, зажимающие конечности, будут отрезаны.
при опускании обмоток на конечности (Areva T&D)

Основной корпус

Ядро строится горизонтально путем штабелирования пластин, обычно двух или трех
за кладку, на приспособление или барду.Последовательность укладки должна учитывать
необходимо чередовать длины пластин, чтобы обеспечить необходимые перекрытия при
скошенные углы, как показано на фиг. 5. Фиг. 8 показано строящееся большое ядро
в заводских работах. Зажимные рамы для верхней и нижней ярм будут
быть встроенным в барду, но это также должно обеспечивать поддержку и жесткость
для конечностей, пока сердечник не будет поднят в вертикальное положение для
подгонка обмоток. Без зажимных болтов конечности мало
жесткость до тех пор, пока обмотки не будут установлены, поэтому барда должна включать
средства обеспечения этого.Обмотки при установке на конечности не будут
обеспечивают только такую ​​жесткость, в некоторых конструкциях жесткие, связанные синтетической смолой
бумажная (s.r.b.p.) трубка, на которую намотана внутренняя намотка, обеспечивает зажим
для ламинирования ног. При такой конструкции ножка фиксируется.
с временными стальными лентами, которые постепенно снимаются по мере наматывания
опускается на ногу на этапе сборки. Для установки обмоток требуется
снять верхнюю коромысло, и можно задать вопрос, почему это
необходимо построить на месте изначально.Ответ в том, что некоторые производители
попробовали процесс сборки сердечника без верхних ярм и обнаружили, что
Недостатки перевесили экономия времени и затрат на сборку. Если готово
сердечник должен иметь наименьшие возможные потери, чем суставы между конечностями и
хомуты должны быть установлены с очень малыми допусками. Создание ядра для
Точность, необходимая для достижения этой цели, без установленного верхнего коромысла, очень затруднительна.
Разумеется, чем выше становятся затраты на рабочую силу, тем больше стимул к устранению
шаг в производственной последовательности, так что к концу 1990-х число
производителей, готовых инвестировать в необходимые инструменты и оборудование, чтобы
строить сердечники без верхнего ярма стало все больше.Однажды
обмотки установлены, верхнее ярмо может быть установлено или заменено, если оно
были удалены, соответствующим образом вплетены в выступающие концы пластин ног,
затем следуют верхние основные кадры. Как только они будут установлены, вместе с
любые стяжки, соединяющие верхнюю и нижнюю хомуты, осевой зажим может применяться к
обмотки, чтобы сжать их до нужной длины. Эти принципы
будет применяться к сердечникам всех трансформаторов сердечникового типа, показанных на фиг. 2.

РИС.8 Четырехлепестковый (однофазный с двумя намотанными конечностями) сердечник с 60/40 процентов
хомуты и ответные части в процессе строительства (Areva T&D)

РИС. 9 Пятиступенчатое шовное соединение со скосом внахлест.

Соединения внахлест

Расположение скошенного сочленения конечности и ярма, показанного на фиг. 5 использует простой
расположение внахлест, состоящее только из двух конфигураций пластин. Потому что много
потерь, связанных с сердечником современного трансформатора, возникает из-за ярма
производители суставов конечностей серьезно задумались о лучшем методе
создания этих суставов.Одна схема, которая широко использовалась, в частности
в распределительных трансформаторах — ступенчатое соединение. В ступенчатом стыке
возможно, используется до пяти пластин различной длины, чтобы
может иметь пятиступенчатое перекрытие, как показано на фиг. 9, а не простое перекрытие
показанный на фиг. 5. Такая компоновка позволяет постепенному переносу флюса.
через соединение обеспечивает более плавную передачу флюса и, таким образом, обеспечивает
потеря нижнего угла. Недостатки в том, что пластина большей длины должна
быть сокращенным, что увеличит расходы, и замена верхней коромысла после
установка обмоток становится более сложным процессом, требующим большего
уход и, следовательно, дальнейшее увеличение затрат на рабочую силу.На распределительном трансформаторе
сердечник меньшие и более жесткие листы, вероятно, легче заменить, чем
быть в случае с большим ядром, что, возможно, является причиной того, что эта форма
Изначально конструкция нашла более широкое применение в распределительных трансформаторах.
Также бывает, что угловые соединения составляют большую долю
общий сердечник в случае небольшого распределительного трансформатора, чем они
в сердечнике силового трансформатора большего размера, что делает такое улучшение более целесообразным.(Разумеется, обратная сторона медали состоит в том, что ее должно быть легче резать и
построить небольшой сердечник, имеющий длину ярма, скажем, 1 м, с некоторой степенью допуска
что приводит к зазорам между стыками, скажем, 0,5 мм, чем для большой жилы, имеющей
длина хомута, скажем, 4 м.) Дополнительным фактором является то, что очень конкурентоспособные
состояние мирового рынка распределительных трансформаторов, вероятно, означает, что любая
Экономия, которую можно получить, даже небольшую, будет очень востребована.

Заземление жил

Перед завершением описания конструкции активной зоны следует упомянуть
выполнен из предмета заземления жилы.Любые токопроводящие металлические части трансформатора,
если он не будет прочно связан с землей, приобретет рабочий потенциал, который
зависит от их расположения относительно электрического поля, в котором они
ложь. Теоретически проектировщик мог изолировать их от заземленного металла, но в
На практике их легче и удобнее привязать к земле. Тем не мение,
при принятии этой альтернативы есть два важных требования:

• Соединение должно обеспечивать хороший электрический контакт и оставаться надежным через
из жизни трансформатора.

• Запрещается создавать токопроводящие петли, иначе циркулирующие токи будут
В результате возникают повышенные потери и / или локальный перегрев.

Металлоконструкции, которые плохо приклеиваются, возможно, из-за усадки или
вибрация, создает дугу, которая приведет к разрушению изоляции и масла
и будет выделять газы, которые могут привести к срабатыванию реле Бухгольца, если оно установлено,
или вызвать путаницу в результатах рутинного мониторинга газа в масле
маскируя другие, более серьезные внутренние неисправности, и поэтому может быть очень хлопотным.
в сервисе.

Ядро и его каркас представляют собой самый большой объем металлоконструкций, требующих
быть привязанным к земле. На крупных важных трансформаторах подключения к сердечнику
и рамы могут быть отдельно выведены за пределы резервуара через вводы 3,3 кВ
а затем подключили к земле извне. Это позволяет заземлить
быть легко доступными во время первоначальной установки на месте и во время
последующее обслуживание без понижения уровня масла для снятия осмотра
крышки, чтобы можно было проверить сопротивление изоляции жилы.

В целях соблюдения вышеуказанного требования во избежание циркуляции токов,
сердцевина и рамы должны быть эффективно изолированы от резервуара и
друг от друга, тем не менее, необходимо, чтобы ядро ​​было очень положительно
расположен внутри резервуара, чтобы исключить перемещение и возможное повреждение
во время транспортировки. Обычно в основание включаются установочные скобки.
танка, чтобы удовлетворить это требование. Из-за большого веса
сердечника и обмоток этими установочными устройствами и изоляцией между
они, а также ядро ​​и рамы должны быть физически очень прочными, хотя
соответствующее испытательное напряжение может быть умеренным.Подробнее об этом будет сказано в разделе
5, посвященный тестированию.

Поток утечки и магнитная защита

Назначение сердечника трансформатора — обеспечить путь с низким сопротивлением для
флюс, связывающий первичную и вторичную обмотки. Однако дело в том, что
часть потока, создаваемого первичными ампер-витками, не будет уменьшаться.
напряжены к сердечнику, таким образом соединяя вторичную обмотку, и наоборот. Это
это, конечно, поток утечки, который вызывает утечку трансформатора?
реактивное сопротивление.Как объяснялось в предыдущем разделе, поток утечки также оказывает влияние
создания потерь на вихревые токи в обмотках. Контроль намотки вихря
текущие потери будут обсуждаться более подробно в разделе, касающемся обмотки.
конструкция, однако, если поток утечки может быть отведен, чтобы избежать его прохождения
через проводники обмотки, а также выполнен так, чтобы проходить вдоль оси обмотки
вместо того, чтобы иметь большой радиальный компонент, как показано на фиг. 10, это будет
вносят значительный вклад в снижение потерь на вихревые токи в обмотке.В
конечно же, потокоподавляющие шунты сами понесут потери, но если они
приспособлены для работы при умеренной плотности потока и изготовлены из аналогичных пластин
как используется для сердечника, то величина потерь в шунтах будет
намного меньше сэкономленных в обмотках. Требования к заземлению
и предотвращение циркулирующих токов, конечно, будет таким же, как и для
ядро и рамы. На очень сильноточных трансформаторах, скажем, где ток
больше, чем примерно 1000 А, это также тот случай, когда потоки, создаваемые
основные выводы могут вызвать потери на вихревые токи в резервуаре, прилегающем к
эти.В этой ситуации можно уменьшить величину потерь.
получаемые путем установки флюсовых шунтов или экранов для предотвращения их протекания
в баке. Эта компоновка, показанная на фиг. 11, также предотвратит чрезмерное
повышение температуры в резервуаре, которое могло бы произойти, если бы его разрешили перевозить
блуждающий поток.

Поперечное сечение сердечника трансформатора и поперечное сечение ярма трансформатора

Поперечное сечение сердечника

• Для трансформаторов с малым сердечником используются простые отводы прямоугольного сечения с прямоугольными катушками.Однако для трансформаторов большой мощности вместо прямоугольных катушек используются круглые катушки, поскольку круг дает уменьшенную длину среднего витка (из-за минимального периметра для конкретной области), что снижает потребность в материале проводника, что, в свою очередь, снижает стоимость, вес трансформатора, сопротивление обмотки и потери I ² R.

• Если мы используем квадратный сердечник с круглой катушкой, обнаруживается, что много полезного пространства теряется. Для решения этой проблемы выполняется степпинг ядра.

• В крестообразном сердечнике используется двухступенчатый сердечник, а по мере увеличения размера трансформатора используется большее количество ступеней, что уменьшает длину среднего витка и, следовательно, потери I ² R. Но ступенчатая конструкция требует дополнительных затрат, так как листы разного размера по мере необходимости, а также время и труд, необходимые для сборки, увеличиваются.

• Следовательно, необходимо достичь надлежащего баланса между экономией материала, увеличением затрат на рабочую силу и т. Д. И следует использовать оптимальное количество шагов, что даст преимущества меньшего количества материала, меньших потерь и экономической ценности.В трансформаторе корпусного типа обычно используется простой прямоугольный сердечник.

Поперечное сечение ярма

• Обычной практикой является увеличение поперечного сечения ярма на 15–20 процентов по сравнению с площадью плеча трансформатора, в котором используется горячекатаная сталь. Поскольку на ярме нет обмотки, ее поперечное сечение увеличивается, чтобы уменьшить ток холостого хода и потери в стали (по мере увеличения площади уменьшается плотность магнитного потока, что снижает потери и ток холостого хода).
• Чтобы упростить конструкцию сердечника и снизить трудозатраты, ярмо не является многоступенчатым, как отгиб, оно либо прямоугольное, либо двухступенчатое в поперечном сечении.Однако такая конструкция немного увеличивает потери в стали из-за поперечного флюсования между сердечником и ярмом.

Следует отметить, что площадь ярма принимается равной площади сердечника, когда для изготовления сердечника используется сталь CRGO. Это сделано потому, что потери в стали в стали CRGO низкие, следовательно, нет необходимости увеличивать его площадь для уменьшения потерь в стали.

Acta Energetica — Проектирование трансформаторов

Трансформатор однофазный или трехфазный, обычно состоит из следующих элементов:

а) магнитопровод, состоящий из ветвей (сердечника), ярм и зажимных конструкций (обеспечивающих путь потока

б) электрическая цепь, состоящая из обмотки низкого напряжения (НН), обмотки высокого напряжения (ВН)

c) диэлектрическая цепь, состоящая из изоляции разной формы и используемая в разных местах трансформатора, а именно: сердечник к НН, НН к ВН и т. Д.

d) бак и аксессуары, такие как масло, охлаждающие устройства, расширители, сапуны, оконечные изоляторы и провода.

Магнитопровод трансформатора изготовлен из многослойной электротехнической стали, содержащей от 3 до 4% кремния. Для уменьшения потерь на вихревые токи толщина ламинации должна иметь очень низкий предел. Таким образом, для жил используется толщина от 0,3 до 0,5 мм. Содержание кремния в стали увеличивает ее сопротивление вихревым токам. Сталь становится хрупкой, если содержание кремния превышает 3–4%.Магнитные свойства сплава никеля и железа намного лучше, чем у кремнистой стали, но его высокая стоимость делает его неэкономичным для использования в силовых или распределительных трансформаторах.

Расположение штамповок меняется на обратное в последовательных группах штамповок, как показано на рис. 1 и 2.

Рис. 1. 1 ^st , 3 ^rd , 5 ^th , слои и т. Д.

Рис. 2. 2 ^nd , 4 ^th , 6 ^th , слои и т. Д.

Эта конструкция покрывает стыки и снижает намагничивающую составляющую тока холостого хода. Как правило, в трансформаторе с сердечником используются круглые катушки (обмотки), что теоретически указывает на необходимость использования круглого сердечника. В случае трансформаторов с малым сердечником можно использовать прямоугольный или квадратный отвод, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Изоляционный материал в случае сердечника прямоугольной формы

Табл. 1. Связь между коэффициентом « k » и формой сердечника

Для больших трансформаторов используется ступенчатый сердечник, и количество ступеней будет зависеть от номинальной мощности трансформатора в кВА или, следовательно, диаметра ветви трансформатора.Количество ступеней увеличивается в соответствии с увеличением номинальной мощности трансформатора в кВА. Например, трехступенчатый сердечник трансформатора показан на рис. 4.

Рис. 4. Трехступенчатое ядро ​​

Соотношение между диаметром « d » и поперечным сечением жилы « A _c » можно выразить следующим образом:

A _c = k d ² (1)

A _c — поперечное сечение сердечника трансформатора, d — диаметр изоляционной трубки, k — зависит от количества ступеней сердечника трансформатора.Сердечник трехфазного трансформатора с поперечным сердечником показан на рис. 5.

Рис. 5. Сердечник трехфазного кросс-сердечника трансформатора

Описывающий диаметр сердечника « d », рассчитанный по уравнению (1), равен

.

(2)

Площадь окна определяется как ширина. высота окна. Согласно рис. 5 расстояние от центра до центра сердечника должно быть « H », тогда ширина окна = H — d .Таким образом, площадь окна A _w

(3)

Где «b» — высота окна.

Высота окна обычно составляет b / ( H — d ) = от 2,5 до 4

Таким образом, из приведенных выше уравнений можно вычислить высоту и ширину окна.

Общая длина коромысла

(4)

Площадь сечения ярма оценивается путем увеличения площади сечения сердечника примерно на 10-15%.

Ширина ярма будет равна 0,9 d .

Высота ярма = площадь ярма / 0,9 d.

Каждая ветвь трансформаторов с сердечником намотана как с первичной, так и с вторичной цепями.

Такая конструкция снижает магнитную утечку, в то время как однофазный трансформатор оболочного типа снабжен одним набором обмоток на центральном многослойном сердечнике, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Трансформатор однофазный оболочка-форма с многослойной обмоткой

Такое расположение образует железную оболочку вокруг меди.Поток центрального стержня разделен на ярме, половина 90 /2 по направлению к каждой боковой опоре. Центральная ножка имеет прямоугольную форму с соотношением сторон примерно от 1: 1,8 до 2,5.

Трансформаторы сердечникового типа конструктивно намного проще корпусных. Тип сердечника позволяет упростить сборку и изоляцию обмоток, особенно для высоких напряжений. Трансформаторы с сердечником механически более устойчивы в условиях короткого замыкания. Кожуховые используются только в особых случаях, например, в печных трансформаторах и т. Д.

Расчет и проектирование трансформаторов всех типов основано на уравнениях первичной и вторичной электродвижущей силы — ЭДС. Если задана полная мощность трансформатора, ЭДС на виток E _t можно рассчитать по формуле:

(5)

S — полная мощность трансформатора в кВА

n — количество фаз трансформатора

K — коэффициент, значение которого будет зависеть от следующего:

а) тип трансформатора (сердечник или оболочка)

б) условия эксплуатации (распределительный или силовой трансформатор)

в) оплата труда

г) заводская организация

д) материал.

Значение коэффициента K для:

• трехфазный силовой трансформатор с сердечником K = от 0,6 до 0,65
• Трехфазный распределительный трансформатор с сердечником K = 0,45 — 0,5
• Трехфазный трансформатор кожухового типа K = 1,2 — 1,3
• однофазный трансформатор с сердечником K = 0,75 — 0,8
• Трансформатор однофазный корпусной К = 1.От 0 до 1,1

Низкие значения коэффициента К соответствуют низким напряжениям.

Площадь поперечного сечения жилы можно определить по формуле:

A _c = E _t / 4,44 f B _м (6a)

B _м — максимальная магнитная индукция в сердечнике трансформатора, Вт / м ²

f — частота источника питания в Гц

Для ярма площадь можно увеличить на 15%,

A _y = 1,15 A _c (6b)

Выходное уравнение выражает связь между выходной мощностью трансформатора и его основными размерами, а также удельными электрическими и магнитными нагрузками.

Полная мощность трехфазного трансформатора S определяется по формуле:

S = 3,33 f B _m δ k _w A _c A _w дюймов VA (7)

Для однофазного трансформатора с сердечником:

S = 2,22 f B _м δ k _w A _c A _w дюйм ВА (8)

k _w — коэффициент площади окна в м ²

A _w — чистая площадь окна в м ²

Δ — плотность тока в А / мм ² , среднее значение δ = 2,4 А / мм ²

A _c — сечение жилы в м ² .

Это соотношение между поперечным сечением меди в окне и общим поперечным сечением окна. Приблизительные значения коэффициента площади окна можно рассчитать по формуле:

(9)

В ₁ — напряжение высоковольтной обмотки в кВ.

Вышеуказанное значение будет для трансформаторов от 50 кВА до 250 кВА. Для больших трансформаторов он будет больше. Для трансформаторов мощностью 1 МВА и выше можно использовать примерно на 20-50% большее значение, чем рассчитано выше.Для трансформаторов до 5 кВА можно использовать значение на 20% меньше, чем рассчитано выше.

Плотность магнитного потока в сердечнике зависит от марки стали. Плотность потока от 1,2 до 1,4 Вт / м ² может использоваться для горячекатаной стали. Холоднокатаная сталь может обрабатываться при гораздо более высокой плотности потока, порядка 1,5–1,7 Вт / м ² . Использование более высокой плотности потока снижает вес трансформатора и общие потери. Проблема потерь решается улучшением системы охлаждения.Предполагаемая магнитная индукция для распределительного трансформатора должна быть низкой, а потери в железе должны быть низкими по сравнению с потерями в меди в этом типе. Плотность тока, используемого для медных обмоток, ограничена из-за местного нагрева. Могут использоваться следующие значения плотности тока:

а) распределительные трансформаторы: от 1,5 до 2,6 А / мм ²

б) силовые трансформаторы: от 2,4 до 3,3 А / мм ²

в) большие трансформаторы с принудительной циркуляцией масла: от 2,8 до 4 А / мм ² .

a) вес опор = (количество опор) · (площадь поперечного сечения опоры) · (высота опоры) · (плотность стали).

Высота ножки равна высоте окна. Количество ветвей зависит от количества фаз, типа трансформатора и транспортных ограничений. Плотность трансформаторной стали равна примерно 7,55 · 10 ³ кг / м ³ .

б) вес ярма = (количество ярмов) · (площадь поперечного сечения ярма) · (длина ярма) · (плотность стали).

Количество ярмов всегда равно двум. Длина ярма составляет C, как показано на рис. 5.

При проектировании обмоток может применяться следующая процедура:

а) Количество витков и площади поперечного сечения

Число витков на фазу в обмотке низкого напряжения N ₂ рассчитывается с использованием ЭДС на виток

(10)

где: E _t — ЭДС на оборот — см. Пример (5), В ₂ — Значение низкого напряжения в В.

Количество витков на фазу в обмотке высокого напряжения N ₁ определяется соотношением напряжений и количеством витков в обмотке низкого напряжения

N ₁ = N ₂ V ₁ / V ₂ , ν = V ₁ / V 11 ₂ 7, (

где ν — коэффициент напряжений.

Средняя плотность тока

(12)

, где δ ₁ и δ ₂ — плотности тока в обмотках ВН и НН соответственно.

Затем рассчитываются площади поперечного сечения НН и ВН:

α ₁ = I ₁ / δ _1, α ₂ = I ₂ δ ₂ (13) 9000

, где I ₁ , I ₂ — фазные токи обмоток ВН и НН, которые можно рассчитать из

.

I ₁ = S / 3V _1Ph , I ₂ = S / 3 V _2Ph (14)

где S — полная мощность трансформатора в ВА, В _1Ph, В _2Ph — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно.

б) Конструкция обмотки НН

В основном используются цилиндрические обмотки с прямоугольным проводником. Если размер проводника слишком большой, используется несколько параллельных многожильных лент. Высота обмотки для изоляции принята приблизительно 80%. В случае цилиндрической обмотки с прямоугольными жилами турбины НН располагаются в два слоя. Количество витков на слой равно половине общего числа витков НН. Таким образом, осевое пространство a _л , доступное на один оборот, равно:

a _л = h _w / N _l (15)

Где: h _w — высота намотки, N _l — количество витков НН на слой.

Приведенный выше расчет определяет размер жилы или многожильных лент в осевом направлении. Радиальный размер можно рассчитать, исходя из площади поперечного сечения и осевого размера. Для радиальной регулировки обмотки НН в целом соблюдается следующая последовательность:

а) внутренний диаметр изоляционного цилиндра

б) толщина изоляционного цилиндра

в) Толщина масляного канала между изолирующим цилиндром и обмоткой НН

г) внутренний диаметр обмотки НН

д) радиальная толщина обмотки НН

е) наружный диаметр обмотки НН.

Средняя длина поворота

л _м2 = π D _м2 (16)

где D _м2 — средний диаметр обмотки НН.

Сопротивление на фазу обмотки НН при 75 ^o C рассчитано:

(17)

где: γ — удельная электропроводность материала обмотки, α ₂ — площадь поперечного сечения обмотки НН, N ₂ — номер обмотки НН.

Значение γ следует принимать при температуре 75 ^o ° C, при которой должно быть рассчитано сопротивление.

Рассчитаны потери меди на фазу в обмотке НН

P _LVC = I ₂ ² R ₂ (18)

в) Конструкция обмотки ВН

Перекрестный тип, цилиндрический тип с круглым проводником и сплошной дисковый тип обычно используются для обмоток высокого напряжения.Высота намотки может составлять примерно 70% от высоты окна. В общем случае радиальная регулировка обмотки ВН выполняется следующим образом:

а) наружный диаметр обмотки НН

б) маслопровод

c) внутренний диаметр изоляционного цилиндра

г) толщина изоляционного цилиндра

д) изоляционный цилиндр

е) внутренний диаметр обмотки ВН

г) радиальная толщина обмотки ВН

ч) наружный диаметр обмотки ВН.

Сопротивление и потери в меди обмотки ВН рассчитываются аналогично обмотке НН.

Рассмотрены распространенные типы компоновки катушек низкого и высокого напряжения в трансформаторах, и их приблизительные реактивные сопротивления определены следующим образом:

а) Цилиндрические катушки

Расположение катушек низкого и высокого напряжения показано на рис. 7

Рис. 7. Расположение обмоток НН и ВН

Процентное реактивное сопротивление определяется по формуле:

(19)

(AT) — ампер, возвращаемых на один конец любой катушки (для обмоток НН или ВН)

E _т — напряжение на виток

L _mt — средняя окружная длина кольцевого канала

µ _o = 4π10 ^-7 генри / м

µ = µ _o µ _r , µ _r — относительная проницаемость.Для воздуха и немагнитных материалов µ _r = 1, B = µ _o H

б) Многослойные катушки

Расположение слоистых катушек в трансформаторе показано на рис. 8

Рис. 8. Слоистые катушки

Катушка НН с половиной витков размещена на концах. Остальные (n-1) катушек низкого напряжения и n катушек высокого напряжения имеют равные витки.

Процентное реактивное сопротивление такой схемы определяется выражением:

(20)

где n — количество секций.

Если « b » (см. Рис. 5) — это длина каждого плеча магнитопровода, а B _max — максимальная плотность магнитного потока в сердечнике, найдите значения ампер на метр для B _max в сердечнике, тогда 3бат / м = ток, необходимый для сердечников трехфазных трансформаторов с сердечниками. Зная плотность магнитного потока в ярме, найдите ат / м для магнитного пути в ярме; тогда 2Cat / m = ампер, необходимая для ярма. Пренебрегая значениями обратного тока для воздушного зазора, обратный ток трансформатора на фазу рассчитывается по формуле:

AT _Ph = 3 b (ат / м) c + 2 C (ат / м) y /3 (21)

Найдите значения ампер-возвратов для сердечника лимба и ярма:

Максимальная плотность потока в активной зоне при условии: B _мк = 1,25 Вт / м ²

Поперечное сечение сердечника и ярма — см. Ур.(6a) и (6b)

Максимальная плотность магнитного потока в ярме

B _my = B _mc / 1,15 = 1,25 / 1,15 = 1,09 Вт / м ²

Ампер / м можно определить по кривой, показанной на рис. 9

Рис. 9. Ампер / м

Из кривой для горячекатаной стали для B _mc = 1,25 Вт / м ² ампер / м для сердечника = 400, следовательно, для B _my = 1,09 Вт / м ² , ампер / м м для ярма = 250.

Среднеквадратичное значение. ток намагничивания получается следующим соотношением:

I _м = AT _Ph / √ 2 (количество витков в первичной обмотке) (22)

При проектировании трансформатора потери на кг материала рассчитываются по стандартным кривым трансформаторной стали в зависимости от плотности магнитного потока, что показано на рис.10.

Рис. 10. Потери в сердечнике

Умножив на вес материала, мы получим общие потери в материале. Необходимо проводить отдельные расчеты для потерь в стали в сердечнике и ярме из-за разной плотности магнитного потока в двух частях. Сумма двух потерь будет полными потерями в стали.

Соотношение между магнитным потоком и плотностью потока составляет Φ = B. A , где B — магнитная индукция, Φ — магнитный поток, A — поперечное сечение.В сердечнике находится главный поток Φ _м , в то время как в ярме и ветви трехфазных трансформаторов магнитный поток составляет половину основного потока Φ _м в сердечнике, следовательно, ярмо Φ = 0 , 5 Φ _м , как показано на рис. 6.

Ток холостого хода I _o трансформатора состоит из двух компонентов:

а) намагничивающая составляющая I _м , которая находится в фазе с магнитным потоком

b) составляющая потерь в сердечнике I _w , которая противоположна по фазе наведенной ЭДС.

Составляющая потерь в сердечнике тока I _Вт

I _Вт = общие потери в стали по фазе / фазному напряжению

первичной обмотки (23)

Ток холостого хода трансформатора равен

.

(24)

Эквивалентная схема трансформатора, относящегося к стороне ВН, показана на рис.11.

Рис. 11. Схема замещения трансформатора

Превышение температуры обмоток не должно превышать 55 ^° ° C для естественного охлаждения, 60 ^° ° C для принудительного охлаждения и 65 ^° ° C для принудительного водяного охлаждения. Повышение температуры масла 45 ^o C. Стенки бака, трубки и радиаторы рассеивают тепло за счет излучения и условного излучения. При естественном охлаждении на квадратный метр плоской поверхности бака на ^o C рассеивается 6 Вт радиацией и 6,5 Вт условно.Таким образом, если охлаждающая поверхность бака трансформатора St m ² , она будет рассеивать

(25)

Если этой поверхности недостаточно для ограничения повышения температуры, то поверхность резервуара увеличивают путем добавления трубок. Тогда тепловыделение = 12,5 S _t + (X — 1) 6,5 · 1,35 S _t Вт или

(26)

Высота трансформатора будет равна чистой высоте над ярмом плюс припуск для места для основания (примерно от 50 до 70 мм) и высота около 250 мм для масла над ярмом.

Также требуется место для проводов и т. Д. — примерно от 200 до 250 мм. Рассеиваемые потери — это потери при полной нагрузке.

Пример

Конструкция 5 МВА, трехфазный, 50 Гц, 66 кВ / 11 кВ / трансформатор, подключенный по схеме треугольник / треугольник. Тип стержня конструкции; ВКЛЮЧЕНО охлаждение, превышение температуры масла 50 ^o С. Суммарные потери не более 50 кВт. Узнайте подробные размеры сердечников, катушек, расположение бака и т. Д.

Рис.17. Бак трансформатора (без шкалы)

Табл. 4. Размеры проволоки (ширина · толщина)

Напряжение на оборот:

за ход

Сторона высокого напряжения: В на фазу = 66000 В

оборотов на фазу = 66000 / 26,5 = 2490

Сторона низкого напряжения: В на фазу = 11000 В

оборотов на фазу = 11000 / 26,5 = 415

Сердечник: использовать ламинат сердечника из холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм; Конструкция сердечника со скосом 45 ^o разрез.

Выбрать плотность потока 1,6 Вт / м ² , удельные потери = 1,3 Вт / кг; использовать 4-х ступенчатую жилу, так что коэффициент заполнения жилы = 0,62 (табл. 1).

Площадь поперечного сечения жилы:

A _c = E _t / 4,44 f B _м = 26,5 / 4,44 · 50 · 1,6 = 7,46 · 10 ^-2 м ²

, возьмем d = 350 мм,

A _c = 0,076 м ² .

Возьмите сердечник и ярмо одинакового сечения

При d = 350 мм, наибольшая ширина секции сердечника и, следовательно, ширина лимба = 350 · 0,93 = 325,5 мм, при условии, что 325 мм = a

Площадь окна A _w

S = 3, 33 f B _m δ k _w A _c A _{w ,} k _w = 1,5 / 3 / 1,5 / + 0,1В ₁ ) = 1,5 / 3 + 0,1 · 66 = 0,16,

A _w = 5 · 10 ⁶ / (3,33 · 7,6 · 10 ^-2 · 0,16 · 3 · 10 ⁶ · 1,6 · 50) = 0, 52 м ²

Размеры сердечника: d = 350 мм, a = 325 мм,

A _w = b ( H — d ), H — d = 1/4 · b

b = 2√ A _w = 2√ 0,52 = 1,44 м,

H = 1/4 · b + d = 1/4 · 1,44 + 0,35 = 0,71,

C = 2 H + a = 2 · 0,71 + 0,325 = 1,745 м

Обмотка низкого напряжения

I ₂ = 5 · 10 ⁶ / (3 · 11 · 10 ³ ) = 151,5 A, выберите плотность тока δ = 3 A / мм ²

Площадь жилы для обмотки НН α ₂ = 151,5 / 3 = 50.5 мм ² , витки LV = 415

Выбрать прямоугольный провод 2 полосы толщиной 4,5 мм · проводник шириной 6,3 мм; использовать бумажную изоляцию.

Площадь 2 проводов = 2 · 4,5 · 6,3 = 57 мм ² , тогда плотность тока = 151,5 / 57 = 2,66 А / мм ²

Используйте дисковые катушки.

Изоляция: используйте бакелитовый цилиндр между сердечником и LV толщиной 5 мм и стержень 10 мм; расстояние между НН и диаметром активной зоны = 15 мм; бумажная изоляция на жилах толщиной от 0,5 до 0,6 мм.Проставки между витками (диск) 10 мм. У нас есть 415 витков на фазу для обмотки НН. Эти витки разделены на 41 диск по 10 витков на диск и 42 диска ^и на 5 витков. На 1 виток применяем двухжильный провод с бумажной изоляцией 0,6 мм, размеры:

Высота катушек НН h _{c 2} = 41 · 10 + 42 · 13,8 = 990 мм, при этом между дисками используется 41 распорка по 10 мм каждая. Расстояние между диаметром сердечника и LV = 15 мм.

Внутренний диаметр LV = d + 2 · 15 = 350 + 30 = 380 мм.

Толщина LV диска = 5,7 · 10 = 57 мм = c ₂ .

Наружный диаметр катушек НН = 380 +2 · 57 = 494 мм.

Средний диаметр катушек НН = 380 + 57 = 437 мм.

Средняя длина витка катушек НН = π · 437 = 1373 мм = л _м2 .

Обмотка высокого напряжения

I ₁ = 5 · 10 ³ /3 · 66 · 10 ³ = 25,25 A δ = 3 A / мм ²

витков ВН на фазу = 2490

Размер жилы α ₁ = I ₁ / δ = 25,25 / 3 = 8,42 мм ² .Выберите прямоугольный провод 4,5 · 2 мм, площадь которого = 9 мм ² . Используйте дисковые катушки, как в случае LV. Выберите 42 дисковых катушки, также 2490 витков были разделены на 41 диск по 60 витков на диск и 42 ^и диск на 30 витков. Размер жилы с бумажной изоляцией 0,6 мм.

Проставки между дисками = 10 мм.

Высота обмотки ВН = 41 · 10 + 41 · 22,8 + 11,4 = 1356 мм = h _c1 .

Расстояние между катушками НН и ВН = 30 мм.Внутренний диаметр катушек ВН = 494 + 2 · 30 = 554 мм. Толщина катушек ВН = 48 мм = c ₁ . Внешний диаметр катушек ВН = 554 + 2 · 48 = 650 мм.

Средний диаметр катушек ВН = 554 + 48 = 602 мм.

Средняя длина поворота HV = π · 602 = 1891 мм = l _{м 1} .

Средняя длина витка ВН и НН = 0,5 · (1891 + 1373) = 1632 мм = L _mt .

Средняя высота LV и HV = 0,5 · (990 +1356) = 1173 мм = среднее значение h _c .

Наружный диаметр катушек ВН должен быть меньше расстояния между соседними ветвями, также < H .

Схема расположения катушек ВН

Процентное реактивное сопротивление

x _% = 2 πfµ _o L _mt (AT) ( e + ( c ₁ + c ₂ ) / 3) / (średnia _c · E _t · 100%)

AT = I ₁ · HV витков HV = 25,25 · 2490 = 62 872,5

E _т = 26,5 В / оборот,

Согласно рис.7: e = 30 мм, c ₁ = 48 мм, c ₂ = 57 мм, среднее значение

h _c = 1173 м, L _м = 1632 м.

x _% = 2 π · 50 · 4π · 10 ^-7 · 1,632 · 62872,5 · (0,03 + (0,048 + 0,057) / 3) / (1,173 · 26,5 · 100%) = 8,47%

Процентное сопротивление

Сопротивление обмотки НН на фазу = л _м2 · витков / α ₂ · γ = 1,373 · 415/57 · 56 = 0,178 Ом

Сопротивление обмотки ВН на фазу = л _{м 1} · витков / α ₁ · γ = 1,891 · 2490/9 · 56 = 9,34 Ом

Эквивалентное сопротивление R относительно стороны ВН = 9,34 + (66/11) ² · 0,178 = 15,75 Ом = R

r _% = I ₁ · R · 100% / V _1Ph = 25,25 · 15,75 · 100% / 66 · 10 ³ = 0,6%

Полное сопротивление в процентах

Потери в меди Δ P _Cu = 3 · I ₁ ² · R = 3 · 25,25 ² · 15,75 = 30,12 кВт

Вес железа + A _c · (3b + 2C) · s4 = 0,0076 м ² · (3 · 1,44 + 2 · 1,745) · 7,85 = 4.66 тонн

= 7,85 т / м ³ — весовая плотность стального трансформатора

Потери в железе = 4,66 · 10 ³ · 1,3 Вт / кг = 6,058 кВт = Δ P _Fe

Потери при полной нагрузке = 30,12 + 6,058 = 36,18 кВт = Δ P = Δ P _Cu + Δ P _Fe

Ток потерь в сердечнике на фазу

I _w = Δ P _Fe / 3V _1Ph = 6058/3 · 66000 = 0,031 A

Из кривой на рис.9 для холоднокатаной стали для B = 1,6 Вт / м ² , (ат / м) для сердечника и ярма = 250

AT _Ph = (3b + 2C) · (ат / м) / 3 = 250 · (3 · 1,44 + 2 · 1,745) / 3 = 650,8 A

Действующий ток намагничивания на фазу

Ток холостого хода

I _{o %} = I _o / I ₁ · 100% = (0,188 / 25,25) · 100% = 0,74%

Конструкция резервуара

Внешний диаметр катушек ВН = 650 мм.

Расстояние между витками на соседних ножках = H — 650 = 710 — 650 = 60 мм.

Соблюдать расстояние между дисками ВН и стенками резервуара мин. 100 мм, в нашем случае = 115 мм. Длина резервуара M _т = 3 · 650 + 2 · 60 + 2 · 115 = 2300 мм.

Ширина бака F _т = 6500 +2 · 115 = 880 мм.

Высота резервуара G _т = D (высота сердечника) + расстояние между сердечником и дном резервуара + уровень масла над сердечником + пространство для проводов и изоляционных втулок = 2090 + 60 + 250 + 400 = 2800 мм.

Рис. 18. Размеры прямоугольного проводника в (мм)

Следовательно, размеры бака:

Длина M _т = 2300 мм

Ширина F _т = 880 мм

Высота G _т = 2800 мм .

Поверхность резервуара S _т = G _т · M _т · 2 + 2 · F _т · G _т = 2 · G _{т т} · ( M _т + F _т ) = 2 · 2,8 · (2,3 + 0,88) = 17,81 м ² .

Рассеиваемые потери при полной нагрузке = 36180 Вт = ΔP

Повышение температуры:

Δυ = ΔP / 12,5 · S _t = 36 180 / 12,5 · 17,81 = 162,5 ^o C> Δυ _предел = 35 ^o С.

Если температура масла должна быть ограничена до 50 ^o C; внешняя температура резервуара должна быть ограничена до 35 ^o C вместо 162,5 ^o C. Следовательно, необходимо увеличить охлаждающую поверхность в соответствии с уравнением:

S _t · X · (8,8 + 3,7 / X ) · Δυ _предел = ΔP , решив это уравнение:

X = Δ P / 8,8 · S _т · Δυ _предел — 0,42

X = 36180 / 8,8 · 17,81 · 35 — 0,42 = 6,18

Следовательно, дополнительная поверхность охлаждения S _c = ( X — 1) · S _t = (6,18 — 1) · 17,81 = 92,3 м ² предоставляться.

Это расширение охлаждающей поверхности может быть обеспечено 6 радиаторами по 50 трубок диаметром 50 мм и высотой 2200 мм каждая, тогда дополнительная поверхность = 6 · 50 · 2,2 · π · 0,05 = 103,7 м ² , чего достаточно по требованию.

Если площадь поперечного сечения α = a · b недостаточна — используйте двойной провод.

Строительство трансформатора | Электрические концепции

Трансформатор — это электромагнитное устройство, которое передает электроэнергию от одной цепи к другой с постоянной частотой.Он повышает или понижает уровень напряжения от одной цепи к другой при почти постоянной мощности. Поскольку преобразование напряжения происходит при постоянной мощности, происходит изменение тока в цепи. Например, когда трансформатор увеличивает напряжение, ток уменьшается как мощность = напряжение x ток. В этом посте мы обсудим теоретические и практические аспекты построения трансформатора.

Строительство трансформатора:

Трансформатор состоит из трех компонентов: сердечника , обмотки ВН и обмотки НН .Все остальное, например Консерватор, реле Бухгольца, радиатор, сапун и т. Д., Являются вспомогательными элементами трансформатора. Эти вспомогательные устройства необходимы для удовлетворительной работы трансформатора. Остановимся теперь на конструкции Трансформера.

Сердечник трансформатора: Сердечник трансформатора представляет собой пакет из тонкой кремнистой листовой стали толщиной 0,35 мм. Эти ламинаты изолированы друг от друга тонким слоем лаковой краски. Это сделано для уменьшения потерь на вихревые токи. Чтобы уменьшить потери в сердечнике, в качестве материала сердечника используется высокопроницаемый магнитный материал, называемый холоднокатаной листовой сталью с ориентированной зернистостью (CRGO).На рисунке ниже показано ламинирование CRGO.

Эти листы накладываются друг на друга, образуя сердечник трансформатора. На рисунке выше вы увидите наклеенные на ламинат палочки. Эти клюшки называются бегунками . Он предназначен для облегчения охлаждения сердечника трансформатора, обеспечивая путь для потока масла в случае трансформатора с масляным охлаждением. Но бегунок предусмотрен только в некоторых выбранных слоях. Не следует смущать, что он во всем ламинации.На рисунке ниже показано, как собирается сердечник трансформатора с использованием ламината CRGO.

Просто присмотритесь к сердечнику в сборе. Вы обнаруживаете, что складывание кромок пластин выполняется под углом 45 градусов? Просто посмотрите на внешнее лицо, чтобы понять это. Этот тип сердечника известен как сердечник со скосом под углом 45 градусов. Вы знаете, почему края ламината укладываются под углом 45 градусов?

Рассмотрим рисунок ниже.

Если бы наложение было выполнено под углом 90 градусов, магнитный поток не направился бы к сердечнику из-за полного отскока после удара под углом 90 градусов в соответствии с законом отражения.Но когда штабелирование выполняется под углом 45 градусов, угол падения волны магнитного потока, очевидно, составляет 45 градусов; поэтому этот поток будет отражаться с углом отражения 45 градусов. Таким образом, поток будет переходить от конечности к ярму без повторного отскока.

Обмотка трансформатора: Обмотки трансформатора высокого и низкого напряжения состоят из медных проводников. Медный проводник покрыт эмалью и заизолирован крафт-бумагой.

Итак, немного разобравшись в конструкции сердечника и обмотки трансформатора, приступим к сборке их обоих.

В зависимости от конструкции сердечника и расположения обмоток существует два основных типа трансформаторов. Это трансформатор с сердечником и трансформатор с оболочкой.

Конструкция трансформатора с сердечником:

Трансформатор с сердечником показан ниже.

Вертикальная часть магнитопровода называется лимбом, на который наматывается обмотка. Горизонтальная часть называется ярмом. Как видно на рисунке выше, обмотка трансформатора окружает магнитопровод.

В трансформаторе с сердечником обмотка намотана на обе стороны. На сердечник наматывается первая обмотка низкого напряжения, за которой следует обмотка высокого напряжения. Это сделано для минимизации утечки магнитного потока. Здесь необходимо отметить, что обмотка низкого напряжения размещается на сердечнике для обеспечения минимальных требований к изоляции. Из-за конструкции, полный поток Ø проходит через сердечник, как видно из приведенного выше рисунка. Ниже показан внутренний вид настоящего силового трансформатора с сердечником.

Приведенный выше рисунок определенно даст вам представление о том, как объединены собранный сердечник и обмотки трансформатора.Лимб, ярмо и обмотки показаны на рисунке. Я предлагаю вам подождать здесь две минуты и воплотить в жизнь конструкцию трансформатора.

Конструкция трансформатора кожухового типа:

На рисунке ниже показана конструкция трансформатора кожухового типа.

В трансформаторе корпусного типа сердечник окружает обмотки, как показано на рисунке выше. Обмотки ВН и НН намотаны только на центральную ветвь. Эти обмотки ВН и НН чередуются.В этой конструкции нижняя и верхняя катушки НН выполнены в два раза меньше остальных. Трансформатор типа оболочки обычно используется для приложений низкого напряжения и малой мощности. Половина общего потока Ø проходит через ярмо и два внешних плеча, тогда как общий поток Ø проходит через центральное плечо.

В трансформаторе типа Shell требования к железу для конструкции сердечника больше, но потребность в меди для обмотки меньше по сравнению с трансформатором типа сердечника.

Надеюсь, вам понравился пост.Пожалуйста, напишите в поле для комментариев любое добавление стоимости или предложение. Спасибо!

Потери от паразитной нагрузки в ярмах трансформаторов

Глава

• 2
  Цитаты

• 402
  Загрузки

Abstract

Ярмо-балки, служащие для зажима ярма сердечника трансформатора и для поддержки обмоток, являются конструктивными элементами сложной формы.Лучи находятся в паразитном магнитном поле обмоток, и паразитный поток может вызвать в них значительные потери на вихревые токи. Из-за большой поверхности и эффективного охлаждения луча горячие точки обычно не образуются, однако потери могут достигать или даже превышать потери в резервуаре. Таким образом, при проектировании трансформатора рекомендуется оценить паразитные потери в ярме. Однако невозможно точно смоделировать такую ​​сложную конструкцию в расчетах и ​​одновременно обратить внимание на нелинейность, а также реакцию наведенных вихревых токов.Требуются методы расчета, основанные на упрощенных моделях и на упрощающих условиях. Следующие две простые модели представлены для приближенного расчета потерь в ярмах. Рассчитанные потери сравниваются с измеренными на трансформаторе.

Ключевые слова

Опорная плита стенки резервуара Рассеянное поле Рассеянное магнитное поле индуцирует вихревой ток

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Ссылки

1. 1.

   И. Кезер, С. Маркон и Л. Сабо: «Расчет двумерных задач вихревых токов с приложением к расчету паразитных потерь в силовых трансформаторах». Международный симпозиум по электродинамике. Lodz, 1979. pp 21–32

   Google Scholar

2. 2.

   Д. Керини: «Аналитические исследования на берегу реки Вирбельстрёмен на Металлоплаттене». Acta Technica Academiae Sc. Hungaricae, 93 / 1–2 / pp 77–99 / 1981/

   Google Scholar

Информация об авторских правах

© Plenum Press, New York 1988

Авторы и аффилированные лица

1. 1.Ganz Electric WorksBudapestHungary

.