Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

В отечественной промышленности броневые сердечники приме­ няются только в трансформаторах малой мощности или в специаль­ ных трансформаторах. В современных трансформаторах большой мощности и высокого напряжения для перевозки в собранном виде по железным дорогам необходимо уменьшение высоты трансформа­

из полос электротехнической стали толщиной 0,5 или 0,35 мм. При­ меняется горячекатаная сталь марок Э41, Э42, Э43 и холоднокатаная сталь марок Э310, Э320, ЭЗЗО. Для уменьшения потерь от вихревых токов отдельные полосы изолируются друг от друга пленкой лака.

По способу соединения стержня с ярмом различают сердечники стыковые и шихтованные. В стыковых сердечниках стержни и ярма собираются отдельно и после укладки катушек объе­ диняются в один сердечник. В шихтованных сер­ дечниках стержни и ярма собираются впереплет (рис. 10-5). Затем полосы верхнего ярма вынимаются и после установки катушек снова укладываются на место. Стыковые сердечники получаются очень прос­

конструкции не применяются.

Встыках шихтованных сердечников также имеются дополнитель­ ные зазоры и потери от вихревых токов, однако значительно меньше, чем в стыковых сердечниках.

Вхолоднокатаной стали магнитные свойства значительно лучше вдоль проката, чем поперек, поэтому при повороте линий магнит­

167

ного потока целесообразен сношенный стык между стержнем и ярмом

(рис. 10-6).

Сердечники мощных однофазных трансформаторов выполняют двухрамными (рис. 10-7). Для улучшения охлаждения в таких сер­ дечниках между его частями оставляется канал для циркуляции охлаждающего масла, значительно увеличивающий поверхность охлаждения. Ширина канала 12—20 мм обеспечивается изоляцион­ ными прокладками.

Поперечные сечения стержней стержневых трансформаторов выполняются ступенчатыми (рис. 10-8). 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

6)

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

Сечение ярма обычно прямоугольное (рис. 10-9, а) или с неболь­

стержня.

Прессовка пакетов стержней в трансформаторах малой и средней мощности осуществляется при помощи деревянных планок, забивае­ мых менаду стержнем и изоляционным цилиндром, на котором намо­ тана катушка обмотки (рис. 10-10, а). В трансформаторах большой мощности (более 1000 кв-а на стержень) пакеты стержня стягиваются одним или двумя рядами стальных шпилек, изолированных относи­ тельно стержня трубками и шайбами из слоистого пластика —ге- тинакса или текстолита (рис. 10-10, б). Стяжка ярем осуществляется деревянными или стальными балками.

В трансформаторах малой мощности промышленной частоты при­ меняется горячекатаная сталь тех же марок, что и в крупных транс­

168

форматорах. При увеличении частоты необходимо уменьшать тол­ щину листа стали'до 0,2—0,1 мм и при частоте порядка 1000 гц оп­ равдано применение прессованных сердечников из ферритов.

Для уменьшения количества стыков сердечник собирается из пластин, имеющих форму буквы III и полосок (рис. 10-11, а) или же из пластин с одним разрезом (рис. 10-11, б). Поперечное сечение сердечника имеет форму квадрата или прямоугольника.

Рис. 10-10. Прессовка сердечштка: а — деревянными план­ ками; б — стальными шпильками

1 — изоляционный цилиндр, S — деревянная планка, 3 — деревян­ ный 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 1, намотанные из стальной ленты (рис. 10-12).

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

а)

Концентрические обмотки имеют форму цилиндров различных диа­ метров (рис. 10-2), ближе к стержню обычно располагается обмотка низшего напряжения и снаружи обмотка высшего напряжения. Такое расположение обмоток облегчает выполнение изоляции.

169

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

В чередующихся обмотках катушки обмоток высшего и низшего напряжения выполняются в виде дисков, размещенных группами на стержнях (рис. 10-3, 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 приме­ няются главным образом в броневых трансформаторах.

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 п образуют катушку. Витки в катушке располагаются в один или не­ сколько 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 теплостой­ кой изоляцией применяется провод марки ІІСД. 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 цилиндри­ ческими. Однослойные и двухслойные катушки наматываются из

170

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 одина­ ковых условиях по отношению к потоку рассеяния. Для улучшения охлаждения один слой катушки отделяется от другого каналом 1

шириной 5—8 мм (рис. 10-13).

Многослойные катушки выполняются обычно из проводников круглого сечения и используются для обмоток высшего напряжения

полнительное место по высоте катушки, то обычно ограничиваются

ской прочностью, так как имеют значительные радиальные раз­

меры.

Спиральные обмотки состоят из нескольких десятков катушек, расположенных по высоте стержня. Катушки наматываются непре­ рывным проводником, витки в катушках располагаются по спирали. Между катушками имеются каналы для их охлаждения (рис. 10-17). Если для изготовления катушек используются параллельные про­

171

водники, то при намотке катушек производится перекладка провод­ ников подобно описанной для винтовых обмоток. Спиральная об­ мотка обладает большой механической прочностью и надежностью, поэтому несмотря на сложность изготовления опа широко приме­ няется как обмотка высшего и низшего напряжения в трансформа­ торах большой мощности.

Катушки чередующихся обмоток из прямоугольного провода на матываются в виде двух расположенных рядом спиралей (как пара катушек спиральной обмотки). В обмотке высшего напряжения ка­ тушки соединяются последовательно, в обмотке низшего напряже­

ным охлаждением; б) масляные с естественным охлаждением; в) масля­ ные с искусственным воздушным охлаждением масляного бака; г) масляные с искусственной циркуляцией масла и охлаждением его в особых охладителях с естественным или искусственным воздуш­ ным или водяным охлаждением.

В сухих трансформаторах с естественным охлаждением теплоот­ дача 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 напря­ жений, не превышающих 6—10 кв.

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

Чтобы нагревающееся масло могло свободно расширяться, в транс­ форматорах мощностью до 75 кв-а и напряжением-до 6,3 кв его не

172

доливают до крышки бака. При нагревании вытесняемый из бака воздух выходит через специальную пробку, которая одновременно

труб, диаметром около 55 мм, вваренных в стенку бака и расположенных в один или несколько ря­

дов (рис. 10-19). 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.

173

Для большего увеличения охлаждающей поверхности в транс­ форматорах значительной мощности применяются баки радиаторного типа с естественным охлаждением или с искусственным воздушным охлаждением с помощью вентиляторов 1 мощностью 150—200 вт

Рис. 10-19. Трансформатор с трубчатым баком

1 — обмотка высшего напряжения, 2 — обмотка низшего напряжения, з —• переключатель регулируемых отводов обмотки высшего напряжения, 4 — бал­ ка, прессующая ярмо, 5 — сердечник, 6 — отводы обмотки высшего напряже­

(рис. 10-20). Последние выполняются на самые большие мощности. Но если мест,о для установки трансформатора ограничено, приме­ няют принудительную циркуляцию масла. Сущность этого способа охлаждения состоит в том, что масло при помощи насоса заставляют циркулировать через воздушный или водяной охладитель. В этих

174

Глав а о д и н н а д ц а т а я

РЕЖИМ ХОЛОСТОГО ХОДА ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

11-1. Метод изучения работы трансформатора

Изучение работы трансформатора под нагрузкой основывается па изучении двух предельных режимов его работы: холостого хода и короткого замыкания.

Под холостым ходом трансформатора понимают такой режим его работы, при котором к зажимам первичной обмотки подводится на­ пряжение, а вторичная обмотка разомкнута, т. е. вторичный ток равен нулю.

Под коротким замыканием трансформатора понимают такой ре жим работы, при котором его вторичная обмотка замкнута накоротко и вторичное напряжение равно нулю.

Изучение режимов холостого хода и короткого замыкания транс­ форматора важно в двух отношениях. Во-первых, можно рассматри­ вать любой нагрузочный режим трансформатора как промежуточный между двумя предельными режимами его работы и получить этот нагрузочный режим путем наложения одного предельного режима на другой, например режима короткого замыкания на режим холостого хода. В этом состоит теоретическая ценность этих режимов.

175

Во-вторых, холостой ход и короткое замыкание трансформатора позволяют определить ряд величин, имеющих весьма важное значе­ ние для эксплуатации трансформатора. Так, например, чтобы опре­ делить одну из важнейших эксплуатационных величин трансформа­ тора — его к. и. д. — нужно располагать потерями при холостом ходе трансформатора и при его коротком замыкании. В этом состоит практическая ценность указанных предельных режимов.

Изучение режима холостого хода позволяет определить расчет­ ным или опытным путем следующие характерные для трансформа­ торов величины: потери холостого хода, ток холостого хода и коэф­ фициент трансформации.

Прежде чем переходить к дальнейшему изложению, нужно отметить некото­ рые важнейшие соотношения из теории переменных токов.

Пусть ток і в рассматриваемой цепи изменяется во времени по синусоиде (рис. 11-1, а). Наименьший промежуток времени Т, по истечении которого зна-

Рис. 11-1. Изображение синусоидальной функции: а — в прямоуголь­ ных координатах, б — векторпое

чение синусоидальной функции повторяется, соответствует углу 360° или 2л радиан и называется периодом. Количество периодов в секунду / = 1/Т назы­ вается частотой и измеряется в герцах.

Мгновенное значение тока

где I m — амплитудное значение тока.

2л

Аргумент синуса —t — <|ц определяет стадию или фазу изменения тока

и называется фазным углом или фазой, а ф; соответствует значению фазного угла пргі t = 0 и называется начальной фазой.

Показанное на рис. 11-1 расположение начала отсчета времени и ближай­ шего нулевого значения синусоиды соответствует отрицательному значению начальной фазы фі.

Величина 2я/ Т ~ есть скорость изменения фазного угла и называется , угловой частотой. Измеряется со числом радиан, на которое увеличивается фазный угол в секунду, т. е. со = 2я/.

Среднее арифметическое значение синусоидальной величины за целый период равно нулю, так как функция расположена симметрично относительно оси абс­ цисс, со сдвигом на половину периода. Среднее значение синусоиды за половину

176