Элементы конструкции трансформаторов

Элементы  конструкции  трансформаторов

Основными частями конструкции трансформатора являются:

• магнитная система (магнитопровод);
• обмотки;
• система охлаждения.

 

Магнитная система

 

В зависимости от технологии изготовления сердечники трансформатора малой мощности делятся на пластинчатые и ленточные. Первые собираются из отдельных штампованных пластин, изолированных друг от друга оксидной пленкой или слоем изоляционного лака, вторые – из ленты. По конструктивному выполнению пластинчатые и ленточные магнитопроводы подразделяются на стержневые, броневые и тороидальные

 Стержневые пластинчатые – (П) магнитопроводы собираются из прямоугольных П-образных пластин, размеры которых не стандартизованы, а броневые пластинчатые (Ш) магни-топроводы собираются из Ш-образных пластин и прямоугольных перекрышек (рис.1. а и б).

Стержневые (ПЛ) и броневые (ШЛ) ленточные магнитопроводы собираются в стык из отдельных сердечников подковообразной формы (рис. 1. в и, г), при этом торцевые части тща-тельно шлифуются и склеиваются ферромагнитной пастой. Тороидальные ленточные (ОЛ) магнитопроводы (рис.1. д) изготавливаются путем навивки ленты стандартной ширины на оправу заданного диаметра. Сердечники обладают минимальным магнитным сопротивлением, что значительно снижает намагничивающий ток.

 

Рис. 1 Конструкции сердечников трансформаторов малой мощности:

а) стержневой пластинчатый (П); б) броневой пластинчатый (Ш);

в) стержневой ленточный (ПЛ); г) броневой ленточный (ШЛ);

д) тороидальный ленточный (ОЛ)

Обмотки

 

Обмотки трансформаторов отличаются друг от друга типом, количеством витков, поперечным сечением и маркой провода, направлением намотки, изоляционными расстояниями и толщиной витковой изоляции. Чем больше напряжение трансформатора, тем больше количество витков; с увеличением мощности возрастают сечения проводов и размеры обмоток. Плотность тока в обмотках выбирают по условиям нагрева в пределах 2,5—4 А/мм2. 

Следует строго различать направление намотки обмоток. Обмотки, намотанные в один слой, — однослойные, независимо от того, какой конец считать началом (верхний или нижний), имеют то направление, какое было получено при намотке. В многослойных обмотках, состоящих из нескольких слоев с переходами из слоя в слой (рис. 1), направление намотки чередуется. У таких обмоток за направление намотки принимают направление того слоя, у которого входной конец принят за начало.

 

 

Рис. 1. Схемы обмоток правого и левого направлений

Виды обмоток

 

 В трансформаторах наибольшее применение получили обмотки следующих типов: однослойные и двухслойные цилиндрические, многослойные цилиндрические, многослойные катушечные, непрерывные, винтовые и дисковые.  
В двухслойной, цилиндрической обмотке, намотанной двумя параллельными проводами (рис. 2), переход из слоя 4 в слой / сделан в нижней части. Между слоями образован канал 2 изоляционными планками 5, который служит для увеличения охлаждающей поверхности. Для выравнивания торцов обмотки установлены выравнивающие кольца 3.  
При маркировке, показанной на рис. 2, обмотка является правой. Двухслойную обмотку, как и однослойную, применяют в основном в качестве обмотки НН трансформаторов мощностью 40—630 кВ-А.

 

Рис.   2.   Устройство двухслойной  цилиндрической обмотки

Виды обмоток

 

Многослойную цилиндрическую обмотку (рис. 3, а) обычно наматывают проводом круглого сечения марок ПБ или АПБ. Остовом обмотки служит бумажно-бакелитовый цилиндр 1, на него намотан первый слой обмотки, а последующие— на бумажных цилиндрах 2, состоящих из нескольких слоев кабельной бумаги, служащей межслоевой изоляцией. Цилиндры 2 выступают за слои обмотки. В промежутках между выступающими слоями располагают бортики 5 (рис. 30,6), представляющие собой электрокартонные полосы толщиной 1—1,5 и шириной 12 мм, наклеенные на телефонную или кабельную бумагу шириной 60—80 мм. Для увеличения поверхности охлаждения обмотку разделяют на две части вертикальным каналом 3 (рис. 30, а). Его образуют рейки 4У установленные от цилиндра / на расстоянии, приблизительно равном 1/3 толщины обмотки. При напряжении 6—10 кВ часто применяют рейки из бука, при 35 кВ — из склеенного электрокартона.

 

Рис. 3. Многослойная цилиндрическая обмотка:  
а — общий вид,  б — межслоевая и концевая изоляция

Виды обмоток

 

Обмотка, состоящая из плоских спиральных катушек, у которой, переход провода из катушки в катушку осуществляется без разрыва с помощью особых технологических приемов, называется непрерывной катушечной обмоткой. У такой обмотки (рис. 4) спиральные катушки 1 имеют одинаковый радиальный размер и расположены друг над другом; для охлаждения между ними образованы дистанционными прокладками 3 горизонтальные каналы 2. Каждый виток может состоять из одного или нескольких прямоугольных параллельных проводов. Обмотка намотана одним проводом с шестью регулировочными ответвлениями 8 в середине.  
Обмотка намотана на рейки 6, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре 7, поэтому между цилиндром и обмоткой образован охлаждающий канал 5. Для создания надежной опорной поверхности на торцах обмотки установлены опорные кольца 4 из склеенного электрокартона.

 

Рис. 4. Устройство непрерывной катушечной обмотки

Виды обмоток

 

В винтовой обмотке витки следуют друг за другом по винтовой линии и каждый из них составлен из нескольких концентрически расположенных параллельных проводов (такую обмотку часто называют спиральной).  
Винтовая обмотка рис. 5; имеет такие же изоляционные детали, как и непрерывная; она намотана многими параллельными проводами 6. Прокладки 7 между витками 1 образуют горизонтальный канал, идущий параллельно виткам, а рейки 4— вертикальные каналы между обмоткой и цилиндром 5.  
Для трансформаторов небольшой мощности винтовые обмотки наматывают на рейки, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре, для мощных — на рейки, уложенные на раздвижной оправке. Торцы обмоток выравнивают сегментами 2 и путем равномерного увеличения высоты прокладок между опорным кольцом 3 и крайним витком.

 

Рис. 5 Винтовая обмотка

Система охлаждения

 

Конструктивное выполнение трансформатора определяется в значительной мере способом его охлаждения, который зависит от номинальной мощности. При увеличении мощности трансформатора необходимо увеличивать и интенсивность его охлаждения. В силовых трансформаторах для отвода теплоты от обмоток и магнитопровода применяют следующие способы охлаждения: воздушное, масляное и посредством негорючего жидкого диэлектрика. 

Специальные виды трансформаторов

Специальные трансформаторы

 

- автотрансформаторы –  используются для запуска асинхронных  двигателей.

- трансформатор  тока;

- трансформатор  напряжения;

- пиковые  трансформатор;

- сварочный  трансформатор;

- импульсный  трансформатор;

- разделительный  трансформатор.

 

Автотрансформатор

 

Автотрансформатором называют такой трансформатор, у которого обмотка низшего напряжения электрически (гальванически) связана с обмоткой высшего напряжения. В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

 Автотрансформаторы  обычно используются для преобразования  напряжения местной сети в  какое-либо напряжение, необходимое  для конкретного устройства. Например, преобразование из 220 вольт в 127, или  наоборот. Также, их выгодно использовать  тогда, когда вторичное напряжение  не сильно отличается от первичного.

Один из плюсов автотрансформаторов в том, что по причине наличия общей обмотки у них нет межобмоточной изоляции (имеется в виду между первичной и вторичной обмоткам), поэтому можно не беспокоиться о её пробое.

Автотрансформаторы предпочитают обычным трансформаторам также из-за того, что они меньше и следовательно легче обычных трансформаторов. Они имеют большую стабильность напряжения и более выносливы к перегрузкам.

 

Трансформаторы тока

 

Измерительные трансформаторы    предназначены для уменьшения первичных токов  до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле.

По конструкции различают трансформаторы тока катушечные, одновитковые (типа ТПОЛ), многовитковые с литой изоляцией (типа ТПЛ и ТЛМ). Трансформатор типа ТЛМ предназначен для КРУ и конструктивно совмещен с одним из штепсельных разъемов первичной цепи ячейки.

Для больших токов применяют трансформаторы типа ТШЛ и ТПШЛ, у которых роль первичной обмотки выполняет шина. Электродинамическая стойкость таких трансформаторов тока определяется стойкостью шины.

Для ОРУ выпускают трансформаторы типа ТФН в фарфоровом корпусе с бумажно-масляной изоляцией и каскадного типа ТРН. Для релейной защиты имеются специальные конструкции. На выводах масляных баковых выключателей и силовых трансформаторов напряжением 35 кВ и выше устанавливаются встроенные трансформаторы тока. Погрешность их при прочих равных условиях больше, чем у отдельно стоящих трансформаторов.

 

Трансформаторы напряжения

 

Трансформаторы напряжения понижают измеряемое напряжение в заданное число раз. Получаемое низкое напряжение, не превышающее обычно 100 В,  подводится к вольтметрам, параллельным цепям ваттметров, счетчиков и других измерительных приборов.

Используя трансформаторы напряжения, с одной стороны, получаем возможность применения низковольтных приборов для измерений в цепях высокого напряжения, а с другой — обеспечиваем безопасность обслуживания высоковольтных установок

В установках напряжением до 18 кВ применяются трехфазные и однофазные трансформаторы, при более высоких напряжениях — только однофазные. При напряжениях до 20 кВ имеется большое число типов трансформаторов напряжения: сухие (НОС), масляные (НОМ, ЗНОМ. НТМИ, НТМК), с литой изоляцией (ЗНОЛ).   Трансформаторы типов ЗНОМ-15, -20 -24 и ЗНОЛ-06 устанавливаются в комплектных токопроводах мощных генераторов. В установках напряжением 110 кВ и выше применяют трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ и емкостные делители напряжения НДЕ.

Пиковые трансформатор

 

Пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частоты. ик-трансформаторы применяются для преобразования синусоидального напряжения в импульсы пикообразной формы. Такие импульсы напряжения с крутым фронтом необходимы для управления теристарами либо другими полупроводниковыми или электронными устройствами. Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала.

Сварочный трансформатор

 

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

 

Рис. 1. Сварочные трансформаторы: а — конструктивная схема трансформатора ТСК-500; б — электрическая схема трансформатора ТСК-500: 1 — сетевые зажимы для проводов; 2 — сердечник (магнитопровод); 3 — рукоятка регулирования тока; 4 — зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 — ходовой винт; 6 — катушка вторичной обмотки; 7 — катушка первичной обмотки; 8 — компенсирующий конденсатор; в — параллельное; г — последовательное соединение обмоток трансформатора ТД-500; ОП — первичная обмотка; ОВ — вторичная обмотка; ПД — переключатель диапазона токов;  С — защитный фильтр от радиопомех.

Импульсный трансформатор

 

  

 

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности. 

Разделительный трансформатор

 

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаний к земле и токоведущим частям или не токоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.