конструкції магнітопроводів

Основними типами магнітних систем 1-фазних трансформаторів є стрижнева і броньовий (рис. 2.2). У стрижневих трансформаторах однофазні обмотки розташовуються на двох стрижнях і з'єднуються послідовно або паралельно. Стрижнем називається та частина муздрамтеатру, на якій розміщуються обмотки. Частина муздрамтеатру, на якій обмотки відсутні, називають ярмом. Трансформатори броньовий конструкції мають розгалужену магнітну систему, яка частково закриває обмотки, бронюючи їх. Магнітний потік в стрижні вдвічі більше, ніж в ярмах, які тому можуть мати вдвічі менше перетин.

Поширені однофазні броньові трансформатори малої потужності: радіотехнічні, дзвінкові і т.д. Силових трансформаторів броньового типу вітчизняна промисловість не випускає.

Основна перевага трансформаторів стрижневого типу - циліндрична форма обмоток, більш простих і технологічних, ніж дискові чергуються обмотки броньових трансформаторів.

Магнитопровод силового трансформатора виконується з холоднокатаної електротехнічної сталі марок 3413, 3414. Для зменшення втрат від вихрових струмів муздрамтеатр набирається з ізольованих листів, товщина листа 0,35 ... 0,5 мм. За технологією виготовлення розрізняють стикові і шіхтованного впереплёт магнітопроводи (рис. 2.3, а, б). У стикових сердечниках стрижні і ярма збираються окремо з листів стали, а потім вони з'єднаються за допомогою системи вертикальних шпильок. У шихтованних в халепу сердечниках шари чергуються, місце стику одного шару перекривається суцільним листом іншого. Після складання сердечника листи верхнього ярма виймаються, на стрижнях розміщуються обмотки і листи знову зашіхтовиваются. При стикового конструкції насадка обмоток здійснюється простіше. У стиковому муздрамтеатрі між стрижнем і ярмом необхідно поміщати ізоляційну прокладку, щоб уникнути замикання пластин. При наявності ізоляційної прокладки значно збільшується магнітне опір і зростає намагнічує струм трансформатора. Кріплення в стиковому муздрамтеатрі більш складні і масивні, ярма необхідно щільно скріплювати зі стрижнями. Шихтованний впереплёт сердечник має більш жорстку конструкцію.

В даний час магнітопроводи стикового конструкції застосовуються досить рідко. Для потужних силових трансформаторів прийнята шіхтованного в халепу конструкція.

Поперечний переріз стрижнів муздрамтеатру у потужних силових трансформаторів ступеневу, за формою наближається до кола (рис. 2.4, а). Така форма забезпечує отримання необхідного поперечного перерізу стрижня при мінімальному діаметрі. Чим більше ступенів, тим ближче поперечний переріз до окружності, тим більше активну перетин стрижня при даному діаметрі.

Ярма, що з'єднують стрижні, виконують зазвичай прямокутного або ступеневої перетину. У трансформаторах сучасних серій форма перетину ярма зазвичай повторює форму перетину стрижнів. Форми перетину ярма наведені на рис. 2.4, б. Ярмо виконують зазвичай на 2 ... 5% більше, ніж

Мал. 2.4. Поперечний переріз стержня (а) і ярма (б)

перетин стрижнів. Це зменшує індукцію в стали ярма і втрати потужності в ній.

Обмотки трансформаторів повинні мати:

1. Механічної міцністю;

2. Електричної міцністю;

Основними величинами, визначальними конструкцію обмоток трансформатора, є номінальні значення струму і напруги. Обмотки виконуються з мідного або алюмінієвого дроту круглого перетину (s = 0,02 ... 10 мм 2) або прямокутного (s = 6 ... 60 мм 2).

Щільність струму в мідних обмотках повинна знаходитися в межах:

· В трансформаторах з масляним охолодженням - j = 2,5 ... 4,5 А / мм 2;

· В сухих трансформаторах - j = 1,8 ... 2,5 А / мм 2.

В обмотках, виконаних з алюмінієвого дроту, щільність струму на 40% менше. У зв'язку з цим, поперечний переріз обмотки з алюмінію буде більше, ніж з міді, при одній величині струму, а, отже, габарити і маса трансформатора з алюмінієвими обмотками більше, ніж з мідними.

У сучасних трансформаторах первинну і вторинну обмотки не розміщують на різних стрижнях муздрамтеатру, а прагнуть розташувати для кращої магнітної зв'язку ближче один до одного. При цьому на кожному стрижні розміщують обидві обмотки: або концентрично одну поверх іншої (рис. 2.5, а) - концентричні обмотки, або у вигляді декількох дискових котушок, що чергуються по висоті стрижня (рис. 2.5, б) - дискові чергуються обмотки. Ці обмотки мають меншу магнітне розсіювання, проте ізоляції їх складніше. У силових трансформаторах застосують в основному концентричні обмотки, причому ближче до стержнів у своєму розпорядженні обмотку НН, що вимагає меншої ізоляції щодо стрижня, а зовні - обмотку ВН.

Обмотки трансформаторів діляться на:

1. Циліндричні 1, 2-х шарові, виконані з дроту прямокутного перетину (рис. 2.5, а).

2. Циліндричні багатошарові, виконані з дроту круглого або прямокутного перерізу (рис. 2.5, б). Застосовуються в якості обмотки ВН або НН, прості у виробництві, але механічна міцність невелика. Застосовують при потужності на 1 стрижень до 200 кВА.

3. Котушкові багатошарові (рис. 2.5, б). Складаються з ряду послідовно-з'єднаних котушок, намотаних з круглого дроти. Використовуються в якості обмотки ВН при напрузі до 35 кВ, при потужності на 1 стрижень до 350 кВА.

4. Гвинтові (рис. 2.5, г). Виконуються з декількох прямокутних провідників, які укладаються по гвинтовий лінії. Для рівномірного розподілу струму між паралельними провідниками застосовується транспозиція провідників, тобто перекладка провідників щодо стрижня. Використовуються в якості обмотки НН при токах понад 300 А, при напрузі від 230 В до 15 кВ, потужність на 1 стрижень - від 45 до до 350 кВА. Володіють достатньою механічною міцністю.

5. Безперервні котушкові. Широко використовуються в якості обмоток ВН і НН зважаючи на велику механічної міцності і надійності. Виконується з декількох десятків дискових котушок, намотаних по спіраль і з'єднаних без пайки.

2.4. Режим холостого ходу 1-фазного трансформатора

Вивчення роботи трансформатора під навантаженням ґрунтується на вивченні двох граничних режимів: холостого ходу (х.х.) і короткого замикання (к.з.).

Під режимом холостого ходу розуміють такий режим роботи трансформатора, коли його первинна обмотка підключена на мережу змінної напруги, а вторинна обмотка розімкнути.

Якщо підвести до первинної обмотці напруга. то по обмотці потече струм i0. який створює МДС. Ця МДС створює магнітний потік. Частина потоку замикається по сердечнику, утворюючи основний потік Ф. Інша частина потоку замикається в основному по повітрю і зчіплюється з витками первинної обмотки - Фs1 - потік розсіювання. Основний потік наводить у первинній і вторинній обмотці ЕРС

а в первинній обмотці - ЕРС розсіювання:

Згідно із законом рівноваги напруг, запишемо рівняння напруг для первинної та вторинної обмотки:

Розглянемо холостий хід ідеального трансформатора, тобто трансформатора без розсіювання і втрат потужності:. тоді отримаємо:

Таким чином, підводиться напруга і наводиться в первинній обмотці ЕРС в будь-який момент часу знаходяться у взаємному рівновазі:

З іншого боку,