2.9. Особенности конструктивного исполнения трансформаторов

Основными элементами конструкции трансформаторов являются магнитопровод, обмотки с отводами и элементами изоляции, а для масля­ных, кроме того, бак с расширителем. Трансформаторы снабжаются также устройствами охлаждения, переключения ответвлений обмоток, защиты масла от воздействий внешней среды, контроля и сигнализации, а также вводами. Магнитопроводы трансформаторов выполняют функции магнитной системы, а также конструктивной и механической основы. В конструкции магнитопровода различают активную часть, непосредственно проводя­щую магнитный поток, и неактивную часть, придающую магнитопроводу необходимую жесткость. Различают два основных типа магнитных систем трансформатора: стержневую и броневую. В таких типах магнитных систем стержни и ярма расположены в одной плоскости [1].

В однофазных стержневых трансформаторах каждая обмотка со­стоит из двух частей, которые расположены на двух стержнях и соединя­ются последовательно или параллельно. Такое расположение обмоток по­зволяет усилить электромагнитную связь между ними. В трехфазных стержневых трансформаторах каждой фазе соответствует один стержень (рис. 2.15).

Однофазный трансформатор броневой конструкции имеет один стержень с обмотками и развитое ярмо, которое частично закрывает об­мотки подобно броне. Трехфазный броневой трансформатор можно рас­сматривать как три однофазных броневых трансформатора, поставленных рядом. В трансформаторах такого типа электромагнитная связь между об­мотками несколько лучше, чем в стержневых. Однако силовые броневые трансформаторы не получили широкого распространения в отечественных энергетических установках. В трехфазных сетях, рассчитанных на большую мощность (S_н>300 МВА) применяются трехфазные трансформаторные группы. Такие трансформаторы называют также групповыми (рис. 2.16). Чаще применяются трехфазные трансформаторы с магнито­проводом, который является общим для всех фаз. Идея образования такого трансформатора (рис. 2.17) заключалась в том, что, для сину­соидальных токов и синусоидальных потоков справедливо:

; (2.59)

. (2.60)

Следовательно, общий стержень магнитопроводов 1, 2, 3 можно удалить. Эта конструкция была предложена известным российским электротехни­ком М.О. Доливо-Добровольским в 1889 г.

У современных трехфазных трансформаторов магнитопроводы всех фаз находятся в одной плоскости (рис. 2.18). Для такой конструкции характерна некоторая несимметрия магнитной цепи, т.е. длина магнитных линий средней фазы несколько ко­роче, чем для крайних. Влия­ние такой несимметрии заметно про­является только на холостом ходу, а при работе под нагрузкой оно незначительно и им можно пренебречь.

По способу сочленения ярем и стержней магнитопроводы бывают стыковые и шихтованные. В стыковых магнитопроводах магнитная цепь состоит из вертикальных стержней и перекрывающих их сверху и снизу ярм. Ярма и стержни собираются отдельно и крепятся с помощью стяж­ных шпилек. Во избежание замыкания листов и возникновения значи­тельных вихревых токов, между ними помещают изоляционные прокладки из нагрево­стойкого материала. Однако это вызывает увеличение сопротивления магнитной цепи и ведет к росту тока намагничивания. В настоящее время стыковые магнитопроводы применяются редко [4].

В шихтованных магнитопроводах стержни и ярма собираются как единая конструкция. Вместо прямоугольных листов применяют листы, одна из сторон которых срезана под углом. Такая шихтовка называется в «косой стык» и приводит к снижению потерь в углах магнитопровода из-за уменьшения длины пути магнитного потока S, не совпадающего с направлением прокатки листа 1 (рис. 2.19) [12].

В качестве мате­риала, из которого изго­товляют магнитопроводы транс­форматоров, приме­няют кремневую сталь, пермал­лой и т.п. Листы изолиру­ются друг от друга с по­мощью изоляционной бу­маги толщиной 0,03 мм, либо двухсторонним по­крытием лаком. Стержни магнитопровода имеют в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность. Число ступеней растет с увеличением мощно­сти трансформатора. В масляных трансформаторах предусматривают каналы для масла (рис. 2.20). Стержни и ярма магнитопроводов трансформаторов средней и большой мощности стягивают при помощи специальных шпилек. В трансформаторах малой мощности эту операцию производят деревянными план­ками, используют бандажи из стали или стеклоленты (рис. 2.21) [1].

При работе трансформатора на металлических ч астях его магнито­провода наводятся электрические заряды. Чтобы избежать разрядов внутри бака, активная сталь и ярмовые балки заземляются при помощи медной ленты, соединяющей крайний пакет активной стали с ярмовой балкой и проходящей далее к заземленному баку [13].

Для упрощения технологии сечение ярма берется прямоугольным или с небольшим числом ступеней. Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем, представленные на рис. 2.22, выбираются с учетом обеспе­чения равномерного распределения магнитного потока в сечении магни­топровода. Площадь сечения ярма принимают на 5–10% больше сечений стержней. При этом индукция в ярмах на 10–15 % меньше, чем в стержнях, в результате несколько снижаются потери и ток холо­стого хода. Чтобы снизить магнитные потери при переходе линий магнитного поля и стержней в ярма применяют скошенные стыки и особые способы шихтовки листов из холоднокатаной стали (рис. 2.20).

У мощных однофазных трансформаторов, у которых диаметры стержней доходят до 1 метра и более, магнитные системы выполняются в виде двух рам. Такая конструкция обеспечивает лучшие условия охлаждения маг­нитной системы. В зазоре между рамами установлены шунтирующие про­кладки с учетом необходимой циркуляции масла [4].