6.3. Конструктивні особливості тягових трансформаторів

В конструкціях, які раніше виготовлялись в СРСР та Росії, відображена пріоритетність технології загального трансформаторобудування: стрижневі магнітопроводи, безперервні котушкові обмотки. В більшості конструкцій, які виготовляються іншими державами спостерігається пріоритетність вимог експлуатації: броньові магнітопроводи, шайбові обмотки і т. і.

Найбільш суттєві сили, які діють на обмотки трансформаторів та їхню ізоляцію – динамічні горизонтальні та вертикальні :

;

де - маса обмотки; - відповідно горизонтальні й вертикальні динамічні прискорення.

Сили , викликані тепловими процесами в обмотках, залежать від різниць температур різних частин трансформатора, перш за все, від конструктивних особливостей різних частин обмотки. Трансформатори стрижневої конструкції не розраховані на значні горизонтальні динамічні прискорення. В цих конструкціях безперервна циліндрична обмотка, притаманна їм, на шихтований стрижень безпосередньо спиратися не може. При цьому горизонтальні сили компенсуються лише силами тертя по торцевим опірним поверхням:

де - коефіцієнт тертя опірних поверхонь обмотки;

- сила натиснення обмотки на опору;

- сила натиснення пружинних пресуючих пристроїв.

Броньовим трансформаторам властиві магнітопроводи з прямокутними перерізами й обмотками з елементів шайбового типу. Їхні обмотки НН складаються з одно- або двовиткових штампованих прямокутних шайб, ізольованих одна від одної лише прокладками. Обмотки ВН з одно- або двошарових котушок також прямокутної форми намотуються з ізольованого дроту. В таких трансформаторах обмотки мають опору всією боковою поверхнею стрижня магнітопроводу й питомі натиснення на поверхню середнього стрижня, викликані динамічними горизонтальними силами, дорівнюють:

де - відповідно ширина (товщина) й висота вікна магнітопроводу.

Звичайно значення такі, що не можуть порушити монолітний зв’язок обмотки з магнітопроводом, а в шайбовій конструкції їхні розміри стабільніші, ніж при безперервних циліндричних обмотках. Це забезпечує кращі масогабаритні показники й більшу придатність трансформаторів броньового типу в тяговому виконанні.

Магнітопроводи шихтують з листів трансформаторної електротехнічної сталі з товщиною не більше, ніж 0,35 мм, які покриваються лаком пічного сушіння. При циліндричних безперервних або дискових обмотках стрижні виконують ступінчастими з 7-9 уступами. Коефіцієнт заповнення перерізу стрижня сталлю , коефіцієнт врахування ступінчастої форми осердя й коефіцієнт врахування ізоляції сталі дорівнюють:

де

- площа перерізу ступенів осердя;

- діаметр кола, в яке вписується осердя;

- товщина відповідно листа сталі та шарів його ізоляції.

а) б) в)

Рис. 6.6. Схеми шихтування тягових трансформаторів

На рис. 6.6 стрілками показані зусилля стягування за допомогою стяжних шпильок. На рис.6.6,в показано зазор , який необхідний для підвищення реактивного опору (для полегшення захисту від коротких замкнень та пом’якшення тягових характеристик електрорухомого складу). Зазор необхідний для проходження охолоджуючого масла.

У складі кожного тягового трансформатора є його активна частина й масляний бак, на котрому розташовано комплект пристроїв охолодження: насос, радіатори (теплообмінники) і т. і.

На кришці трансформатора встановлено маслорозширювач з покажчиком рівня масла й виводи обмоток.

Радіальні розміри обмоток одного стрижня визначаються зовнішнім та внутрішнім діаметрами (в ці розміри входить і товщина ізоляційних бакелітових циліндрів), а також зазорами для проходження охолоджуючого масла. Звичайно 6÷12 мм.

При ступінчастому регулюванні напруги на вторинній обмотці звичайно первинну обмотку розташовують безпосередньо на ізоляційному циліндрі біля стрижнів, а вторинну з виводами – на зовнішньому ізоляційному циліндрі.

При зустрічно-узгодженому перемиканні обмоток у внутрішньому концентричному блоці розміщують нерегульовану частину вторинної обмотки.

Первинну обмотку концентрують в середньому блоці, а регульовану частину вторинної – в зовнішньому блоці.

Обмотки стрижневих тягових трансформаторів виготовляють з міді прямокутних перерізів, застосовуючи ізоляцію з кабельного паперу із загальною товщиною 0,25÷0,3мм на один бік. На виходах з котушок ізоляцію посилюють до товщини 0,6÷0,7мм на один бік. Трансформатори стрижневого типу виконують з пружинними пресуючими пристроями, які забезпечують практично постійні значні натиснення на обмотки.

Транформатори для електропотягів, які встановлюються під кузовом вагона, повинні мати горизонтальне розташування стрижнів. Габаритні обмеження не дозволяють розташувати маслорозширювач, тому під кришкою утворюється відкрите масляне дзеркало. Для перешкоджання утворенню хвиль на його поверхні застосовують кришку з маслозаспокоюючою коробкою. Горизонтальне розташування магнітопроводу визначає й інші конструктивні особливості, пов’язані із забезпеченням рівномірного охолодження обмоток, розташуванням та конструкцією вводів та виводів і інших елементів. Це призводить до погіршення використання конструктивних матеріалів та підвищує питому масу на одиницю потужності.

В тягових трансформаторах броньового типу шайбові обмотки ВН можливо виконувати з секціями з різним числом витків, що при регулюванні напруги на первинній обмотці трансформатора забезпечує ΔΙ=const.

Броньові тягові трансформатори , які мають високу міцність, велику експлуатаційну надійність та інші переваги, мають також деякі недоліки: більші витрати обмоткової міді, більші втрати в ній у зв’язку з відсутністю транспозиції шайбових обмоток; вищі вимоги до якості їх виготовлення та ремонту.