8.14. Многообмоточные трансформаторы

Во многих электрических установках желательна энергетическая связь не­скольких цепей с различными номинальными напряжениями. Такая связь может быть получена при помощи многообмоточного трансформатора, у которого одна или несколько первичных обмоток и несколько вторичных обмоток. Простейший из многообмоточных трансформаторов — трехобмоточный широко применяется в современных сетях высокого напряжения.

Трехобмоточный трансформатор имеет три электрически не связанные между собой обмотки: высшего напряжения (ВН) с числом витков w₁, среднего напряжения (СН) с числом витков w₂ и низшего напряжения (НН) с числом витков w_a, напри­мер ВН 220 кВ, СН 38,5 кВ, НН 11 кВ. Эгн три обмотки трансформатора (одна пер­вичная и две вторичные) размещены на одном общем магнитопроводе. Последний ничем не отличается от маuнитопровода двухобмоточного трансформатора. Намаг­ничивающий ток первичной обмотки трехобмоточного трансформатора возбуждает в магнитопроводе магнитный поток, который индуктирует во всех обмотках ЭДС, пропорциональные числам витков обмоток. Если вторичные обмотки нагружены то­ками ₂ и ₃, то МДС первичной обмотки должна уравновешивать размагничиваю­щее действие МДС этих токов и, кроме того, иметь намагничивающую составляю­щую МДС. Поэтому аналогично (8.4)

₁w₁ =₂ w₂+₃w₃ +_lxw₁, (8.26)

и первичный ток трансформатора можно рассматривать как сумму приведенных токов второй и третьей обмоток и намагничивающего тока [см. (8.10а)]:

₁='₂+'_3+1x , (8.27)

где '₂ = w₂/w_{1 1}; '₃ = (w₃/w₁) ₃.

Таким образом, в трехобмоточном трансформаторе происходит передача энер­гии одновременно в две вторичные цепи второй и третьей обмоток.

Вероятность одновременной номинальной нагрузки обеих вторичных обмоток, при которой, кроме того, токи нагрузки ₂ и ₃ совпадают по фазе, мала. Поэтому первичная обмотка обычно рассчитывается на номинальную мощность меньшую, чем сумма номинальных мощностей вторичных обмоток. Номинальной мощностью трехобмоточного трансформатора считается полная мощность его наиболее мощной обмотки.

У трехобмоточного трансформатора различают три коэффициента трансформа­ции:

n₁₂=; n₁₃=; n₂₃==.

Эти коэффициенты трансформации определяются по отношению напряжений при холостом ходе, как и для двухобмоточных трансформаторов (8.13).

В последние годы вмесю трехобмоточных трансформаторов во многих случаях применяются трансформаторы, у которых обмотки ВН и СН имеют автотрансформа-торную связь, а трансформаторная связь остается лишь для обмотки НН, изоли­рованной от обмоток ВН и СН.

8.15. Конструкции магнитопроводов и обмоток

Рабочие условия трансформатора определяют ряд особенностей в конструкции основных частей трансформатора: магнитопровода, обмоток и бака с маслом у трансформаторов с масляным охлаждением.

Магнитопровод трансформатора набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, содержащей для уменьшения мощности потерь от вихревых токов до 4—5 % кремния. Для получения изоляции между листами их перед сборкой магнитопровода покрывают изоляционным лаком. Листы стягивают в пачки стальными шпильками, изолированными от листов, чтобы не образовались короткозамкнутые витки. В зависимости от положения магнитопровода по отно­шению к обмоткам принято различать стержневые трансформаторы (рис. 8.27), у которых обмотки охватывают стержни магнитопровода, и броневые (рис. 8.28), у которых магнитопровод частично охватывает обмотки. Те и другие магнитопроводы могут быть как у однофазных трансформаторов (рис. 8.27, а), так и у трехфазных (рис. 8.27, б).

Стержневой магнитопровод составляют стержни, на которых размещаются обмотки, и два ярма, замыкающие магнитную цепь. Он проще по конструкции, чем броневой, и для обмоток проще получить необходимую изоляцию. По этим причи­нам у большинства трансформаторов стержневые магнитопроводы. Для лучшего использования площади окна магнитопровода поперечное сечение стержня' имеет форму ступенчатого многоугольника с тем большим числом ступеней, чем мощнее трансформатор; лишь у малых трансформаторов поперечное сечение имеет форму прямоугольника или квадрата. В трансформаторах средней и большой мощности для лучшего охлаждения между отдельными пакетами пластин магнитопровода предусмотрены каналы для масла. Ярмо стержневого магнитопровода имеет ступен­чатую или прямоугольную форму. Некоторым преимуществом броневого магнито­провода можно считать частичную защиту обмоток от механических повреждений. Броневой магнитопровод применяется для маломощных сухих трансформаторов.

Рис. 8.27. Рис. 8.28.

Для уменьшения магнитного сопротивления стыков отдельных листов магни­топровода листы в стыках обычно шихтуются (рис. 8.29), т. е. укладываются в переплет.

В зависимости от относительного расположения обмотки высшего и низшего напряжений подразделяются на концентрические и чередующиеся.

Концентрические обмотки применяются в большинстве трансформаторов. Про­стейшая из них — цилиндрическая обмотка, катушки кото­рой имеют форму двух коаксиальных цилиндров (ВН и НН на рис. 8.27). Ближе к стержню располагается обмотка низ­шего напряжения НН, так как ее проще изолировать от маг­нитопровода. Обмотка ВН охватывает обмотку НН. Обмотки отделяются друг от друга изолирующим цилиндром из спе­циального картона или бумаги, пропитанной бакелитом.

Рис.8.29

Относительно редко, преимущественно в броневых транс­форматорах, применяются чередующиеся обмотки, в которых чередуются положенные друг на друга дискообразные катуш­ки НН и ВН (рис. 8.28), причем крайние катушки, прилегающие к ярму, должны относиться к обмотке низшего на­пряжения.